DECARBONIZZAZIONE DEL COSTRUITO E … › atti_2019 › GIO21...Pompa di circolazione: EBARA 3ME (P el =1550 W) Occupazione edificio: • Lunedì-Venerdì 8.00-19.00 • Sabato 8.00-16.00

DECARBONIZZAZIONE DEL COSTRUITO E TRANSIZIONE VERSO L’ELETTRICOModena, sede AESS (via Enrico Caruso 3)

Soluzioni per il Multi Technology Approach

Filippo Genovese (Galletti SpA)

Ing. Matteo Dongellini, Prof. Gian Luca MoriniDipartimento di Ingegneria Industriale, Alma Mater Studiorum – Università di Bologna

21 novembre 2019

Galletti - Mission

Storica azienda del settore della climatizzazione comfort, leader nei terminali idronici e in grado di offrire chiller e pompe di calore fino a 1200 kW per applicazioni comfort

Dall’idea ad un 360° di prodotti e servizi

MODELLO DINAMICO (TRNSYS) DI UNA PALAZZINA UFFICI

Ulim (muri esterni)= 0.30 (W/m2K)

Superficie utile 1256 m2

Volume riscaldato 3590 m3

Superficie disperdente 2065 m2

Rapporto S/V 0.51 m-1

Trasmittanze (W/m2K)

Trasmittanza muri esterni 1.79

Trasmittanza pavimento 1.45

Trasmittanza tetto 0,54

Trasmittanza finestre 5.76

CARATTERISTICHE DELL’INVOLUCRO EDILIZIO

Generatore di calore: 4 caldaie a gas a bassa

efficienza (anni ’80, efficienza ≈ 90%)

Funzionamento impianto:

• Lunedì-Venerdì: 5.00-19.00

• Sabato: 7.00-16.00

• Domenica: spegnimento totale

Terminali: Fan-coil a 3 velocità

Regolazione: Compensazione climatica

Pompa di circolazione: EBARA 3ME (Pel=1550 W)

Occupazione edificio:

• Lunedì-Venerdì 8.00-19.00

• Sabato 8.00-16.00

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DELL’IMPIANTO DI RISCALDAMENTO

REALIZZAZIONE DEL MODELLO DI SIMULAZIONE DINAMICA

• Inserimento dati climatici reali

• Inserimento gestione reale dell’impianto (Temperature di set-point)

-5

0

5

10

15

20

25

30

19/12 21/12 23/12 25/12 27/12 29/12 31/12 2/1 4/1 6/1 8/1 10/1

Tem

per

atu

ra (

°C)

Giorno

T esterna T_U6_Reale T_U6_Calibrato

TARATURA DEL MODELLO – MONITORAGGIO TEMPERATURA E UMIDITÀ RELATIVA

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Po

ten

za t

erm

ica

[kW

]

Potenza Misurata Potenza Simulata

01/02 10/02 19/02 28/02 9/03 18/03

• Cambio del set-point interno (monitoraggio condizioni ambientali interne)

• Sfasamento accensione fan-coil

• Variazione tasso di infiltrazione

TARATURA DEL MODELLO – MONITORAGGIO CONSUMI ENERGETICI

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-5 0 5 10 15 20 25

Pote

nza

ter

mic

a [

kW]

Temperatura aria esterna (°C)

Potenza richiesta dall'edificio (set point 22°C)

Potenza termica di progetto @-5°C= 85 kWT set point aria= 22±2 °C › Edificio scarsamente isolato

› Elevate superfici vetrate

FIRMA ENERGETICA DELL’EDIFICIO

• Caldaia con temperatura dell’acqua in mandata pari a 65°C

• Periodo di riscaldamento: 15 Ottobre-15 Aprile

• 35 fan coil utilizzati in 26 diverse zone termiche

• Fan coil serviti da motore a 3 velocità

• T set point aria= 22±2 (°C)

CASO 1 - AS BUILD - IMPIANTO CON CALDAIA E FAN COIL A 3 VELOCITÀ

LAYOUT COMPLESSIVO DEL SISTEMA GENERATORE DI CALORE- FAN COIL

T aria set point=22°C

Temperatura aria esterna Temperatura media aria ambiente Potenza totale caldaia

POTENZA TERMICA FORNITA DAL GENERATORE DI CALORE

0

50

100

150

200

250

300

-5

0

5

10

15

20

25

9070 9090 9110 9130 9150 9170 9190 9210 9230 9250

Pote

nza

(kW

)

Tem

per

atu

ra (

°C)

14 Gennaio-20 Gennaio (hr)

Set point

70%60%

49% 45% 51%62%

75%

23%30%

38% 40%37%

28%

19%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

fun

zio

nam

ento

fan

co

il [%

]

FAN COIL OFF FAN COIL ON VEL MIN FAN COIL ON VEL MAXFAN COIL ON VEL MED

ottobre novembre dicembre marzogennaio febbraio aprile

TEMPO DI UTILIZZO FAN COIL


FABBISOGNO TERMICO DELL’EDIFICIO - RINNOVABILE [kWh]FABBISOGNO TERMICO DELL’EDIFICIO - NON RINNOVABILE [kWh]

124.269 124.269

792

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Ener

gia

elet

tria

asso

rbit

afa

n-c

oil

(kW

h)

Ener

gia

pri

mar

ia im

pia

nto

(kW

h)

DATI CONSUMO EDIFICIO/IMPIANTO

ENERGIA ELETTRICA ASSORBITA FAN COIL [kWh]FABBISOGNO TERMICO DELL’EDIFICIO TOTALE [kWh]

› 3 compressori/1 circuito frigorifero

› Potenza termica nominale: 125 kW

› Portata acqua nominale: 21800 litri/ora

• Sostituzione del generatore di calore con una pompa di calore idronica con compressori scroll

Potenza Termica [kW]

T air (°C) 1/3 2/3 3/3

-7 29.6 59.7 87.1

2 39.8 75.1 109.0

7 45.8 86.5 125.2

12 52.2 99.1 142.1

20 65.5 120.2 167.2

COP

T air (°C) 1/3 2/3 3/3

-7 2.07 2.34 2.,36

2 2.75 2.90 2.91

7 3.15 3.31 3.31

12 3.57 3.75 3.73

20 4.53 4.52 4.34

CASO 2: SOSTITUZIONE CALDAIA CON POMPA DI CALORE

› Pompa di calore da 125 kW nominali: EXTRA-POTENZA limitata

› Accumulo idronico da 2500 litri (20 litri/kW)

0

50

100

150

200

-10 -5 0 5 10 15 20 25

Po

ten

za (

kW

)

Temperatura esterna (°C)

POTENZA TERMICA RICHIESTA DALL’EDIFICIO [kW] POTENZA TERMICA PDC (@ W40/45°C 3/3 CP) [kW]

T set point aria=22°C

DIMENSIONAMENTO POMPA DI CALORE

Pompa di calore con temperatura dell’acqua in mandata pari a 45°C

Periodo di riscaldamento: 15 Ottobre-15 Aprile

35 fan coil utilizzati in 26 diverse zone termiche

Accumulo da 2500 litri sulla mandata della PDC

Fan coil serviti da motore a 3 velocità

T set point aria= 22 (°C)

CASO 2.1: POMPA DI CALORE CON SPEGNIMENTO NOTTURNO

TEMPERATURA MEDIA ARIA ZONEPOTENZA TERMICA PDCT ARIA ESTERNA [°C]

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

-5

0

5

10

15

20

25

9070 9090 9110 9130 9150 9170 9190 9210 9230 9250

Pote

nza

(kW

)

Tem

per

atu

ra(°

C)

Data

POTENZA TERMICA TOTALE FORNITA DALLA POMPA DI CALORE


Set point

Necessario il regime di funzionamento attenuato dell’impianto di climatizzazione nelle ore notturne per garantire il comfort termo-igrometrico all’interno degli uffici

TEMPERATURE MEDIE ZONE TERMICHE

TEMPO DI UTILIZZO DEI FAN COIL



Caldaia PDC

-36% fan coil OFF a gennaio

42%27%

13% 9% 15%30%

53%

39%

42%

38%34%

37%

40%

33%

12%18%

25%27%

24%

17%

10%7% 13%

24% 30% 24%13%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Perc

entu

ale

uti

lizzo

fan

-co

ilT aria set point=22°C

› Numero massimo di cicli: 894

› Numero massimo di cicli in un ora: 2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

6880 7380 7880 8380 8880 9380 9880 10380 10880 11380 11880

Tem

per

atu

ra m

edia

me

nsi

le (

°C)

Nu

mer

i di O

N/O

FF P

om

pa

di c

alo

re

Stagione di riscaldamento (hr)

T ARIA ESTERNA [°C]NUMERI CICLI ON/OFF

CICLI ON/OFF DELLA POMPA DI CALORE

𝑆𝐶𝑂𝑃 =𝑄𝑡ℎ

𝐸𝑒𝑙= 2.99

Rispetto al caso studio con caldaia:› -35% energia primaria› +200% energia elettrica assorbita dai fan coil65.448

15.775

81.222

1.583

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Ener

gia

elet

tric

a ve

nto

le f

an-c

oil

(kW

h)

Ener

gia

pri

mar

ia im

pia

nto

(kW

h)

CONSUMI ENERGETICI EDIFICIO/IMPIANTO




Pompa di calore 125 kW con temperatura dell’acqua in mandata pari a 45°C

Attenuazione notturna - T aria set point minima=19,5°C






CASO 2.1: POMPA DI CALORE CON ATTENUAZIONE NOTTURNA

TEMPERATURA MEDIA ARIA ZONEPOTENZA TERMICA PDCT ARIA ESTERNA [°C]

POTENZA TERMICA TOTALE FORNITA DALLA POMPA DI CALORE

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

-5

0

5

10

15

20

25

9070 9090 9110 9130 9150 9170 9190 9210 9230 9250

Pote

nza

(kW

)

Tem

per

atu

ra (

°C)

Data

Set point

TEMPERATURE MEDIE ZONE TERMICHE

-5

0

5

10

15

20

25

9070 9090 9110 9130 9150 9170 9190 9210 9230 9250

Tem

per

atu

ra (

°C)

Data

TEMPERATURA MEDIA ARIA ZONE – FUNZIONAMENTO ATTENUATO

TEMPERATURA MEDIA ARIA ZONE – FUNZIONAMENTO INTERMITTENTE

49%34%

21% 17% 24%40%

57%

41%

51%

56%55%

54%

48%

35%

10% 15%23% 28% 22%

14% 8%

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

Per

cen

tual

e u

tiliz

zo f

an-c

oil




PDC INTERMITTENTE PDC ATTENUATA

-8% fan coil OFF a gennaio






Rispetto al caso studio con pompa di calore con funzionamento intermittente › +37% energia primaria› +16% energia elettrica assorbita dai fan coil


𝐸𝑒𝑙= 2.73

89.759

21.634

111.393

1.840

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Non rinnovabile Rinnovabile Totale Ventole fan-coil

Ener

gia

elet

tric

a ve

nto

le f

an-c

oil

(kW

h)

Ener

gia

pri

mar

ia im

pia

nto

(kW

h)

Pompa di calore 95 kW con in mandata pari a 45°C accoppiata a caldaia esistente

Caldaia usata come heating booster dalle 06:00 alle 08:00






CASO 2.3: IMPIANTO BIVALENTE CON PDC DI TAGLIA RIDOTTA

TEMPERATURA MEDIA ARIA ZONEPOTENZA TERMICA CALDAIAT ARIA ESTERNA [°C]

POTENZA TERMICA TOTALE FORNITA DALL’IMPIANTO

-150

-50

50

150

250

350

450

-5

0

5

10

15

20

25

9070 9090 9110 9130 9150 9170 9190 9210 9230 9250

Po

ten

za (

kW)

Tem

per

atu

ra (

°C)

Data

POTENZA TERMICA PDC

Set point




PDC ATTENUATA PDC + CALDAIA

+4% fan coil OFF a gennaio


49%

32%

17% 13%19%

36%

58%

42%

52%

51%49%

51%

49%

35%

6%10%

20%24%

19%

9%

5%3% 6%

12% 14% 11%6% 2%

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

Tito

lo a

sse





Rispetto al caso studio con pompa di calore con attenuazione› -12% energia primaria› -28% energia elettrica assorbita dai fan coil


𝐸𝑒𝑙= 2.64

87.905

10.676

98.582

1.326

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Non rinnovabile Rinnovabile Totale Ventole fan-coil

Ener

gia

elet

tric

a ve

nto

le f

an-c

oil

(kW

h)

Ener

gia

pri

mar

ia im

pia

nto

(kW

h)

CONFRONTO ENERGETICO

• Soluzione solo pompa di calore: più conveniente energeticamente, ma NON garantisce il comfort termico nelle settimane più fredde

• Soluzione con attenuazione: garantisce il comfort ma con una convenienza minima rispetto alla caldaia

• Soluzione bivalente: garantisce il comfort ed è energeticamente conveniente

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

Solo caldaia Caso standard Solo PdC big Solo PdC big con attenuazione PdC small + caldaia booster

kWh

Caso studio

Consumo di energia primaria annuo

CONFRONTO ECONOMICO PRELIMINARE: COSTO DELL’ENERGIA

• Soluzione solo pompa di calore: più conveniente economicamente, ma NON garantisce il comfort termico nelle settimane più fredde

• Soluzione con attenuazione: garantisce il comfort ma con una convenienza minima rispetto alla caldaia

• Soluzione bivalente: garantisce il comfort ed è economicamente conveniente

0,00

2000,00

4000,00

6000,00

8000,00

10000,00

12000,00

Solo caldaia Caso standard Solo PdC big Solo PdC big conattenuazione

PdC small + caldaiabooster

€/a

nn

o

Caso studio

Costo energetico annuo

0,22 €/kWh : costo energia elettrica 0,85 €/mc : costo gas

Ing. Matteo Dongellini, Prof. Gian Luca Morini Dipartimento di Ingegneria Industriale, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna

AS BUILD - Edificio ad uso ufficio, impianto con caldaia e fan coil 3 velocità

Revamping light dell’impianto (sostituzione/implementazione del solo generatore):

• Necessario considerare anche il comfort termico del sistema

• Soluzione bivalente migliore compromesso energetico/economico con caldaia usata come booster

PROSSIMI SVILUPPI

• Limitazione uso della caldaia come booster nelle sole giornate più fredde

• Revamping totale di impianto con re-design fan coil e scelta della strategia di bivalenza ottimale

• Revamping dell’involucro e verifica delle prestazioni energetiche dei sistemi mono e bivalenti

CONCLUSIONI

Documents

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