Presentazione della tesi di Laurea di Davide Menegazzo

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA Dipartimento di Ingegneria Industriale DII Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica

Gestione e Progettazione degli impianti HVAC dell’edificio pilota UniZEB

Relatore:

Prof. Michele De Carli

Laureando:

Davide Menegazzo

Correlatori: Ing. Giuseppe Emmi Ing. Laura Carnieletto

Matricola:

1183503

Anno Accademico 2018/19

VISION Promuovere la sostenibilità ambientale, sociale ed economica tramite lo studio, la ricerca e la formazione di eccellenza.

MISSION La ricerca UniZEB ha come obiettivi: -

Innovazione nella didattica tramite un approccio di experimental learning;

-

Innovazione nel settore delle costruzioni tramite la creazione di un Living-Lab sugli Zero Energy Buildings;

-

Promozione del trasferimento tecnologico.

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TIMELINE

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ATTIVITA’ A REGIME

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Laboratorio di edilizia sostenibile dell’Università degli Studi di Padova

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Costruzione e Monitoraggio dell’edificio pilota Zero Energy Building

Superficie in pianta: 75 m^2 Costruzione: Legno Indoor Environmental Quality Isolamento termico: Poliuretano espanso Impianti: dell’involucro edilizio Prestazioni • Ventilazione meccanica Prestazioni controllata degli impianti termotecnici • Sistema radianterinnovabili a soffitto Sfruttamento delle energie

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•

Pompa di calore geotermica

•

Pannelli fotovoltaici

•

Batteria di accumulo

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OBIETTIVI DELLA TESI Progetto Definitivo degli impianti termotecnici Ventilazione Meccanica Controllata

Sistema Radiante a Soffitto

Modello TRNSYS

Comfort termoigrometrico Fabbisogno termico Consumo di energia finale

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SISTEMA RADIANTE A SOFFITTO Implementazione in TRNSYS

Calibrazione del modello

Calcolo delle potenze di progetto di ogni stanza

Temperatura media superficiale - Regime invernale

Simulazioni FEM con Heat2

y = 0,6838x + 22,703

30 20

10

Camera

Camera

Doppia

Singola

Riscaldamento

76.8

Raffreddamento

-53.8

WC

Corridoio

Soggiorno

78.9

100.0

70.2

85.3

-55.0

0.0

-47.4

-61.4

0 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Temperatura media del fluido [°C]

Disposizione dei pannelli e delle connessioni

Resa superficiale verso il basso - Regime estivo 80

φd [W/m2]

EN ISO 11855

Ts,m [°C]

40

Resa massima richiesta [W/m2]

60 40 20

y = -6,0689x + 71,024

0 15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Temperatura media del fluido [°C]

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VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA Layout impianto aeraulico

EN 15251

Immissione

Portate [m^3/h]

Estrazione

Zona

Camera

Camera

Giorno

Doppia

Singola

90

75

55

Cucina

Bagno

100

70

Locali tecnici 20

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ANALISI DEL COMFORT TERMOIGROMETRICO Discomfort Locale EN 15251, EN 7730, EN 7726

Novembre – Marzo

Categorie di comfort EN 15251, EN 7730

Soggiorno

7,0 2,8

34,5

9,8 4,91,5 1,1

Camera Singola

56,8

4,1

22,5

14,4

2,0 0,3 0,0

Camera Doppia

56,8

4,5

21,7

15,1

1,7 0,2 0,0

90%

100%

0%

10%

20% 4-

Maggio - Settembre

39,3

Soggiorno

30%

3-

4,71,94,0 7,1

2-

40% 1-

50% 1+

60%

2+

20,4

3+

70%

80%

Camera doppia Camera singola Bagno Corridoio Soggiorno

Asimmetria radiante Persona seduta Persona in piedi Δt_r [°C] PD [%] Δt_r [°C] PD [%] 2.14 2.32 2.41 2.66 1.66 1.73 1.90 2.02 -0.49 0.48 0.14 0.15 2.13 2.30 2.51 2.79 3.20 3.75 3.61 4.37

Riscaldamento

4+

44,4

15,6

Asimmetria radiante

1,8

Persona seduta Camera Singola

53,2

Camera Doppia

7,9

51,2 0%

10%

20% 4-

3-

9,0

30% 2-

40% 1-

50% 1+

2+

7,7 6,2

8,5

60% 3+

6,3 70%

Differenza verticale di temperatura PD [%] 0.47 0.41 0.32 0.40 0.35

11,7

11,8 80%

11,1 2,4 0,0

11,1 2,1 0,0 90%

Camera doppia Camera singola Corridoio Soggiorno

Δt_r [°C] -1.10 -0.63 -1.41 -2.71

PD [%] 0.013 0.010 0.015 0.028

Persona in piedi Δt_r [°C] -1.25 -0.74 -1.60 -2.72

PD [%] 0.014 0.011 0.016 0.028

Differenza verticale di temperatura PD [%] 1.38 0.48 0.55 1.10

100%

4+

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Raffrescamento

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CALCOLO DEL FABBISOGNO Fabbisogno mensile di energia termica 1500

Fabbisogno energetico [kWh] ACS 2507 23%

1000

Radiante - Inverno 2180 20%

Energia [kWh]

500

Radiante - Estate 2578 23%

0 Gennaio

Febbraio

Marzo

Aprile

Maggio

Giugno

Luglio

Agosto

Settembre Ottobre Novembre Dicembre

-500

Deumidificazione 3764 34%

-1000

Fabbisogno totale: 11080 kWh/anno -1500

Mese Sistema Radiante

ACS

Indice di prestazione: 148 kWh/m^2/anno

Deumidificazione

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POMPA DI CALORE GEOTERMICA UNI TS 11300-3, 11300-4

Capacity Resistance Model

ASHRAE

EER

Lunghezza di sonda totale Raffrescamento

Riscaldamento

EER

0

-20

-40

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0%

20%

40%

60%

80%

100%

Lunghezza [m]

Fattore di carico -60

-80

-71

-100

-120

-115

-140

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ANALISI DEI CONSUMI DI ENERGIA FINALE Consumo mensile di energia finale 450

Consumo elettrico [kWh]

400 ACS 756 26%

350

Radiante - Inverno 474 16%

Energia [kWh]

300 Radiante - Estate 423 15%

250

200

150

Deumidificazione 1234 43%

100

50

Consumo totale: 2840 kWh/anno 0 Gennaio

Febbraio

Marzo

Aprile

Maggio

Giugno

Luglio

Agosto

Settembre

Mese Sistema Radiante

ACS

Ottobre

Novembre Dicembre

Indice di prestazione: 38 kWh/m^2/anno

Deumidificazione

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ANALISI DELLO SCAMBIO DI ENERGIA CON LA RETE ELETTRICA NAZIONALE Energia scambiate con la rete elettrica 400

297

300

267 229

222

Energia [kWh]

200

83

100

63

0

0

0

0

0

0

0

0

74

0

0

0

0

0 -30

-42 -100

-113

Energia prodotta: 6865 kWh/anno

-146

-145

-200

Energia prelevata: 728 kWh/anno -251

Energia ceduta: 1235 kWh/anno Indice di autoconsumo: 84%

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-300

Mese

Energia prelevata dalla rete

Energia ceduta alla rete

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CONCLUSIONI Progetto Definitivo degli impianti termotecnici

Simulazioni in TRNSYS

Obiettivi futuri

Categoria di comfort: Principalmente seconda categoria

Base per il confronto con i dati sperimentali

Indice di prestazione a valle della pompa di calore: 148 kWh/m^2/anno Indice di prestazione a monte della pompa di calore: 38 kWh/m^2/anno Surplus di energia scambiata con la rete: 507 kWh/anno

ZEB Zero Energy Building

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Relatore: Prof. Michele De Carli Laureando: Davide Menegazzo

Grazie dell’attenzione

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