DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE

Description
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ENERGETICA S I M U L A Z I O N E E N E R G E T I CA D I U N C O M P L E S S O D I E D I

Please download to get full document.

View again

of 102
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Healthcare

Publish on:

Views: 3 | Pages: 102

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ENERGETICA S I M U L A Z I O N E E N E R G E T I CA D I U N C O M P L E S S O D I E D I F I C I A D U S O C O M M E R C I A L E E R E S I D E N Z I A L E : C O N F R O N T O T R A S O L U Z I O N I T R A D I Z I O N A L I E U N I T À A D A C Q U A C O N P R O D U Z I O N E C O N T E M P O R A N E A D I E N E R G I A T E R M I C A E F R I G O R I F E R A Relatore: Ch.mo Prof. Michele De Carli Correlatore: Ing. Luigi De Rossi, Energy Analysis & Software Selection Manager, Climaveneta Spa Laureando: Damiano Rossi Matricola n Anno Accademico UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ENERGETICA S I M U L A Z I O N E E N E R G E T I CA D I U N C O M P L E S S O D I E D I F I C I A D U S O C O M M E R C I A L E E R E S I D E N Z I A L E : C O N F R O N T O T R A S O L U Z I O N I T R A D I Z I O N A L I E U N I T À A D A C Q U A C O N P R O D U Z I O N E C O N T E M P O R A N E A D I E N E R G I A T E R M I C A E F R I G O R I F E R A Relatore: Ch.mo Prof. Michele De Carli Correlatore: Ing. Luigi De Rossi, Energy Analysis & Software Selection Manager, Climaveneta Spa Laureando: Damiano Rossi Matricola n Anno Accademico Energy simulation of commercial and residential buildings: comparison between traditional solutions and water units with simultaneous production of heating and cooling energy Voglio ringraziare tutti coloro che mi hanno permesso il raggiungimento di questo importante traguardo: i miei genitori Ruggero ed Emanuela per il loro continuo sostegno e fiducia; i miei fratelli Chiara, Angelo e Daniele e la mia fidanzata Lucia, che hanno sopportato le mie frequenti considerazioni e idee su simulazioni e modellizzazioni varie; la nonna Danila e tutto il resto della grande famiglia dei parenti che hanno sempre desiderato essere aggiornati sugli sviluppi e gli orizzonti della tesi. A questi desidero aggiungere tutti gli amici, sia del paese che universitari, grazie ai quali ogni momento trascorso insieme è tale da essere sempre ricordato. Infine un ringraziamento doveroso va all'azienda Climaveneta, che mi ha ospitato durante questo stage, in particolare agli ingegneri Luigi De Rossi e Giacomo Favaro, che con la loro competenza e pazienza mi hanno guidato nella realizzazione di questo lavoro. Sommario Sommario... 1 Parte I... 3 Introduzione Porta a Mare, Presentazione del progetto Dati di partenza Descrizione generale delle zone Obiettivi Descrizione dei software... 8 Parte II Costruzione del modello dell'edificio Ipotesi sull'inserimento dei dati Raccolta e inserimento dati: criteri adottati Caratterizzazione delle zone in TRN Build Zona interrata adibita a parcheggio Zona commerciale Zona residenziale Zona vano scale nel settore residenziale Zona sottotetto Caratterizzazione TRN Studio Presentazione risultati delle simulazioni in TRN Condizionamento globale degli edifici Condizionamento parziale degli edifici Parte III Simulazione impianti Introduzione Simulazione ACS Simulazione UTA Presentazione risultati globali Condizionamento globale degli edifici Condizionamento parziale degli edifici Premessa al codice di simulazione Modellazione dell'insieme Scambiatore a piastre-macchina 6.1 Descrizione del codice Osservazioni Simulazione con unità ad aria Produzione separata di energia termica e frigorifera Produzione contemporanea di energia termica e frigorifera Presentazione risultati Osservazioni Simulazione con unità ad acqua Produzione separata di energia termica e frigorifera Produzione contemporanea di energia termica e frigorifera Presentazione risultati Osservazioni Conclusioni Risultati ottenuti Sviluppi futuri Parte IV Appendice A Caratteristiche tecniche delle strutture Appendice B Descrizione unità polivalente Bibliografia Siti consultati Parte I Introduzione 1 Porta a Mare, Presentazione del progetto Porta a mare è il progetto all'interno del quale si sviluppa questa tesi; esso riguarda la riqualificazione urbana dell'antico Porto Mediceo di Livorno, esteso su di un area di oltre 10 ettari. Tale progetto ha per obiettivo la realizzazione di un polo multifunzionale nell'area che separa il centro storico della città dal mare, composto da spazi commerciali, uffici, residenze e servizi di ricezione turistica, posti barca ed esercizi commerciali correlati, parcheggi sotterranei e relativa viabilità, il tutto all'insegna della fusione e dell'integrazione fra antico e moderno, a partire dagli edifici storici esistenti e da alcune pregiate architetture industriali degli ex cantieri navali. Figura I,1.1 Panoramica del Porto Mediceo di Livorno 3 L'intero progetto, denominato Porta a Mare, si compone di 5 ambiti: Piazza Mazzini e le Officine Storiche sono dedicate allo sviluppo di strutture residenziali, uffici e attività commerciali e di servizio, mentre il Molo Mediceo e l'arsenale ospitano strutture turistiche e alberghiere. L'area LIPS , collegata da sedime al Molo Mediceo e da un ponte alla zona dell'arsenale, è dedicata a proposte di svago e tempo libero oltre che a residenze e infrastrutture turistiche. Questa tesi è stata sviluppata durante uno stage nella sede di Bassano del Grappa dell'azienda Climaveneta Spa, azienda leader in Europa e 5ª a livello mondiale nella climatizzazione e nel condizionamento di precisione, grazie ad oltre 40 anni di esperienza nel settore. L'obiettivo è quello di creare un nuovo caso studio a partire da un progetto già realizzato per il quale Climaveneta fornisce delle proprie unità, al fine di analizzare dal punto di vista energetico le soluzioni impiantistiche presenti in loco e confrontare questi risultati con altre tecnologie disponibili sul mercato, evidenziando i risparmi ottenibili sia in termini energetici che economici. L'ambito interessato direttamente da questo caso studio è Piazza Mazzini, (identificato dai 5 edifici col tetto verde a sinistra nella Figura I,1.1). Esso consta di un centro residenziale e commerciale, progettati secondo i più rigidi e avanzati parametri di efficienza energetica e affiancati da un sistema di riscaldamento centralizzato che utilizza come fonte privilegiata l'energia idrotermica del mare. Tale energia viene usata come sorgente di energia termica primaria, coniugando il vantaggio di utilizzare energia proveniente da fonti rinnovabili con l'opportunità di ottenere rendimenti più elevati rispetto agli impianti tradizionali, con conseguente riduzione dell'impatto ambientale e abbattimento dei costi per il condizionamento dei locali e per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS). 2 Dati di partenza Come punto d'inizio per l'analisi sono utilizzati delle stratigrafie (Appendice A) e dei prospetti cortesemente forniti dallo studio di ingegneria Shehu Ilie. Essi descrivono le caratteristiche fisiche delle strutture edilizie e dell'involucro, le superfici e i volumi netti dei singoli locali e i dati climatici della località. Tra 4 quest'ultimi è indicato anche il periodo di riscaldamento convenzionale relativo alla zona climatica di Livorno (D); tuttavia questo periodo è stato modificato all'interno dell'analisi estendendolo fino a comprendere il 27 Ottobre e il 24 Aprile: infatti è stato osservato durante le simulazioni come risulti necessario riscaldare gli ambienti anche nei giorni precedenti e successivi ai termini convenzionali della stagione. 3 Descrizione generale delle zone L'ambito in questione è composto da tre tipologie di locali, a seconda della loro destinazione d'uso: commerciale, residenziale e parcheggi interrati, ripartiti in 3 complessi separati e denominati piastra A, piastra B, piastra C con disposizione lungo l'asse Nord-Sud (Figura I,3.2). Il piano interrato è unico per tutte le piastre ed è adibito a parcheggio privato e comune, oltre che a sede dei locali tecnici. Come rappresentato in Figura I,3.1, ogni piastra è composta da una zona commerciale a piano terra soprastante ai parcheggi, e da edifici residenziali collocati al di sopra dei locali commerciali stessi. In particolare la piastra A è formata da un solo edificio residenziale di 3 piani mentre le rimanenti 2 piastre comprendono due edifici ciascuno, chiamati convenzionalmente edificio ad Ovest ed edificio ad Est (Figura I,3.2). La prima tipologia di edificio, del tutto simile a quello della prima piastra, comprende diversi appartamenti ad un piano, mentre la seconda è caratterizzata da strutture a due piani. I singoli appartamenti relativi a quest'ultima tipologia sono distribuiti su entrambi i piani. Le unità abitative vanno dalla villetta a schiera all'appartamento all'attico, con metrature che variano dai 60 ai 200 m 2 ; sono inoltre presenti balconi abitabili, giardini di differenti ampiezze, posti auto e garage coperti, ad uso privato e comune. L'impianto di riscaldamento centralizzato è regolato indipendentemente per ogni locale abitato. I locali tecnici, dove sono presenti le macchine per la produzione dell'acs, per il riscaldamento e per il raffrescamento, sono collocati 5 nel piano interrato e ospitano anche gli scambiatori di calore con l'acqua di mare e le pompe per la movimentazione dei fluidi. I terminali d'impianto sono pannelli radianti a pavimento distribuiti su tutta la superficie utile, con integrazione di radiatori verticali nei bagni. É prevista inoltre la predisposizione opzionale dell'impianto di raffrescamento, attraverso uno split-system. Per quanto riguarda le unità commerciali, esse occupano locali le cui misure vanno da 50 a 1000 m 2. Il riscaldamento avviene mediante fan-coils ad acqua presenti in ogni ambiente, i quali vengono usati anche per il raffrescamento estivo. A differenza della parte residenziale, è presente un impianto di ventilazione, che garantisce un ricambio d'aria coerente con la tipologia di destinazione d'uso prevista. In Figura I,3.3 si illustra la ripartizione delle superfici calpestabili, relative ai soli appartamenti e locali commerciali. 6 Figura I,3.1 Sezione trasversale della piastra B, vista Sud Figura I,3.2 Vista dall'alto, disposizione lungo l'asse Nord-Sud Superfici utili calpestabili m piastra A piastra B piastra C Edificio a Ovest Edificio a Est Commerciale Figura I,3.3 Suddivisione delle superfici utili calpestabili per ogni piastra 7 4 Obiettivi Inizialmente, attraverso la creazione di un modello rappresentativo dell intero complesso di edifici, si vuole ricavare l andamento orario del fabbisogno annuale di energia necessaria a soddisfare le richieste specifiche degli ambienti che vengono condizionati, ovvero le zone commerciali e residenziali. In un secondo momento si analizza il comportamento delle macchine deputate a garantire il soddisfacimento delle richieste energetiche, come le UTA (Unità di Trattamento dell Aria), e le macchine per fornire l energia termica e frigorifera necessaria. Si prosegue dunque verificando le caratteristiche impiantistiche realmente installate ipotizzando poi altre possibili soluzioni per fornire, con modalità diverse, gli stessi valori di energia. Tra queste, ci sono macchine che scambiano calore con aria esterna, con acqua, e macchine per la produzione separata dell energia termica e frigorifera. Infine, confrontando i consumi di energia primaria ottenuti con le varie soluzioni, si valuteranno di volta in volta le soluzioni più convenienti. Per ottenere questo sono stati adottati dei codici, alcuni dei quali già implementati precedentemente e in maniera indipendente per la simulazione di varie tipologie di macchine, modificandoli al fine di ottenerne uno unico, adatto alla simulazione di tutte le diverse soluzioni possibili. 5 Descrizione dei software Il software scelto per la costruzione del modello e per la simulazione dei consumi energetici durante l anno è TRNSYS-17 (TRansient SYstem Simulation program) [4], una piattaforma completa e flessibile per la simulazione dinamica di vari sistemi, inclusi edifici multizona; è usato per verificare la validità teorica di nuove concezioni energetiche, a partire da semplici sistemi domestici per la produzione di acqua calda sanitaria al progetto e alla simulazione di edifici e dei loro impianti, comprese le strategie di regolazione, il benessere degli abitanti, nonché di diversi sistemi ad energie alternative (eolica, solare, fotovoltaica, sistemi ad idrogeno),ecc. 8 La principale interfaccia visiva è il TRN Simulation Studio. Mediante questo strumento si possono creare dei progetti unendo tra di loro diversi componenti e impostare i parametri generali della simulazione. Tra i vari componenti ci sono per esempio delle Type per la costruzione di grafici e l'esportazione dei risultati, nonché per la definizione di profili orari, per l'inserimento dei dati climatici e per la caratterizzazione dell'edificio in analisi. Per l'implementazione delle caratteristiche dell'edificio si usa una interfaccia grafica, TRN Build, la quale consente di specificare tutti i dettagli delle strutture (orientamento spaziale dell'edificio, caratteristiche delle pareti, finestre, impianti di riscaldamento e raffrescamento). Si creano così delle zone termiche caratterizzate da strutture edilizie che possono essere scelte da una libreria interna al software o, come in questo progetto, definite impostando la stratigrafia caratteristica di ogni elemento dell involucro coerentemente ai dati di partenza forniti. Importante è la definizione delle categorie alle quali le strutture devono essere riferite: INTERNAL: superfici appartenenti ad una stessa zona termica; ADJACENT: separazione tra zone termiche diverse; EXTERNAL: separazione tra zona termica e ambiente esterno; BOUNDARY: a contatto con un ambiente le cui caratteristiche sono impostate dall'utente. Altro software utilizzato è VBA (Visual Basic for Applications), un ambiente di sviluppo inserito all interno di tutti gli applicativi di Microsoft Office. Esso permette di creare automazioni, sviluppare nuove funzionalità e migliorare l utilizzo di Microsoft Excel operando sugli oggetti presenti in quest ultimo come cartelle e fogli di lavoro, singole celle, range, righe e colonne, ma anche grafici, tabelle, formule e altre funzionalità di Excel. VBA viene utilizzato in questa analisi per simulare il comportamento delle macchine attraverso le quali si ipotizza di soddisfare il carico richiesto dall edificio e calcolato mediante l analisi in TRN. 9 Parte II Costruzione del modello dell'edificio 1 Ipotesi sull'inserimento dei dati Trattandosi di un complesso di edifici esteso, prima di inserire i dati nel software di simulazione sono state vagliate 3 ipotesi, le quali combinano in maniera differente le diverse zone. Ipotesi I Interrato: Si considera la zona interrata adibita a parcheggio come una unica zona sottostante a tutta la parte commerciale dell'impianto. Commerciale: Si considera una sola zona termica costituita dalla somma dei parametri delle piastre A, B e C. Residenziale: Si considera un volume unico per tutti i 5 edifici differenziando al suo interno 7 diverse zone, ognuna delle quali costituita dalla somma delle caratteristiche proprie di ogni singolo piano: Zona 1, costituita dai primi piani residenziali di ogni singola piastra, con l'ipotesi che gli appartamenti a due piani collocati negli edifici ad Est della piastra B e C siano considerati ad un unico livello; Zona 2,comprensiva dei secondi piani residenziali di ogni singola piastra (solo edifici ad Ovest); Zona 3, costituita dai terzi piani residenziali di ogni singola piastra (solo edifici ad Ovest); Zona 4, formata dalla somma dei parametri dei vani scala dei primi piani di ogni singola piastra, con analoga ipotesi nel considerare gli edifici ad Est delle piastre B e C della Zona 1; 10 Zona 5 formata dai parametri dei vani scala dei secondi piani di ogni piastra (solo edifici ad Ovest); Zona 6 formata dai parametri dei vani scala dei terzi piani di ogni piastra (solo edifici ad Ovest); Zona 7 formata dalla somma per ogni singolo edificio dei parametri della zona soprastante i terzi piani degli edifici ad Ovest e dei secondi piani degli edifici ad Est. Ipotesi II Interrato: Si considera la zona interrata adibita a parcheggio come una unica zona sottostante a tutta la parte commerciale dell'impianto. Commerciale: Si considera una sola zona termica costituita dalla somma dei parametri delle piastre A, B e C. Residenziale: Si considera ogni piastra come una zona a se stante e costituita da un unico volume per ognuna di essa. Si ricavano dunque 9 zone diverse: 3 zone rappresentative della parte residenziale, una per ogni piastra; 3 zone rappresentative dei vani scala, una per ogni piastra; 3 zone rappresentative del sottotetto, una per ogni piastra. Si considera gli edifici ad Est di ogni piastra in modo analogo a quanto fatto nell' ipotesi I. Ipotesi III Si costruiscono tre diversi file TRN Build che rappresentano rispettivamente ciascuna piastra. Essendo questa l ipotesi finale adottata per l inserimento dei dati, di seguito si elenca in maniera più dettagliata l insieme delle zone nel quale l intero edificio viene suddiviso: Interrato: 11 Si considera la zona interrata adibita a parcheggio come una unica zona sottostante a tutta la parte commerciale del complesso. Commerciale: Si considera una zona termica per ogni piastra costituita dalla somma dei parametri della rispettiva zona commerciale; si otterranno così 3 zone rappresentative: Zona A Com, Zona B Com, Zona C Com. Residenziale: Si considera in maniera separata ogni edificio e al suo interno separo in diverse zone ogni singolo piano. Così facendo gli edifici ad Ovest verranno così rappresentati: 1. Zona A T, Zona B T, Zona C T, riferite ad ogni primo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 2. Zona A P, Zona B P, Zona C P, riferite ad ogni secondo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 3. Zona A S, Zona B S, Zona C S, riferite ad ogni terzo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 4. Zona A V.S. T, Zona B V.S. T, Zona C V.S. T, riferite ai vani scale di ogni primo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 5. Zona A V.S. P, Zona B V.S. P, Zona C V.S. P, riferite ai vani scale di ogni secondo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 6. Zona A V.S. S, Zona B V.S. S, Zona C V.S. S, riferite ai vani scale di ogni terzo piano residenziale appartenente alla rispettiva piastra; 7. Zona A S.T., Zona B S.T., Zona C S.T., riferite a quel locale soprastante il terzo piano. Si avranno dunque, per ogni edificio ad Ovest, 7 zone rappresentative. Per quanto riguarda invece gli edifici ad Est della piastra B e C si procede con questa suddivisione: 1. Zona B Est, Zona C Est, sono riferite agli appartamenti a due piani che vengono considerati come un'unica zona; 12 2. Zona B V.S. Est, Zona C V.S. Est, sono riferite ai vani scala degli appartamenti a due piani con ipotesi analoga al punto precedente; 3. Zona B S.T Est, Zona C S.T Est, sono riferite al locale soprastante il secondo piano. Si avranno dunque per ogni edificio ad Est 3 zone rappresentative. In Figura II,1.1 si presenta la ripartizione delle superfici nelle zone precedentemente descritte. Non è stato inserito il valore relativo alla zona interrata poiché, essendo pari a circa m 2, renderebbe gli altri parametri meno visibili nel grafico Ripartizione delle superfici m Edificio a Ovest Vani scala edificio ad Ovest Sotto tetto edificio ad Ovest Edificio ad Est Vani scala edificio ad Est Sotto tetto edificio ad Est Commerciale piastra A piastra B piastra C Figura II,1.1 Suddivisione delle zone tra le tra le diverse piastre 2 Raccolta e inserimento dati: criteri adottati Ai fini dell'inserimento dei dati nel software di simulazione è stato necessario definire dei criteri da adottare in maniera coerente per tutto l'edificio in analisi; tuttavia sono state considerate delle eccezioni all'interno del progetto, le quali saranno puntualmente descritte direttamente nei paragrafi che trattan
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks