Analisi delle prestazioni di impianti di Solar Heating and Cooling; Giovanni Puglisi, ENEA

Giovanni Puglisi Ricercatore ENEA

Analisi delle prestazioni di impianti di Solar Heating and Cooling

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AREA Science Park Trieste, 11 giugno 2015

Technical Workshop

A ciclo chiuso ad acqua con macchine ad assorbimento e adsorbimento.

A ciclo aperto ad aria con sistemi desiccant cooling (DEC)

Tipologie di impianto

Technical Workshop, AREA Science Park, Trieste 11 giugno 2015

La configurazione più usata è quella con le macchine frigorifere ad assorbimento

• a singolo effetto: alimentate a circa 90°C e con COP 0,6-0,8;

• a doppio effetto: alimentazione >180°C e COP 1-1,2.

Tipologie di impianto


Collettore piano

Collettore sottovuoto

Collettore a concentrazione


Caso Studio

Edificio F51 CR ENEA Casaccia Roma

OBIETTIVO • Analizzare le prestazioni energetiche dell’impianto; • Sviluppare uno strumento software avanzato per l’ottimizzazione progettuale e

per la valutazione delle strategie di gestione più efficienti.


L’impianto Caratteristiche componenti:

Campo solare: 100 m² (tubi evacuati); Accumulo “caldo”: 2x1500 l; Caldaia integrazione: 115 kW Macchina ad assorbimento: Ptermica100 kW; Accumulo “freddo”: 2000 l; Chiller a compressione: 106 kW

Caratteristiche edificio F51: Anno costruzione: 1983 Superficie climatizzata: 1176 m2

Volume climatizzato: 3175m3 (S/V=0,467) Upareti verticali = 0,6 W/m2K Usolaio calpestio = 0,56 W/m2K

Umedia infissi = 2,80 W/m2K

Regime estivo

Regime invernale


Interfaccia web per monitoraggio, controllo e regolazione

Termocoppie Energy meter

Stazione solare Dati meteo

L’impianto

Campagna sperimentale: prestazioni Prestazioni circuito solare e circuito produzione freddo

εmedia= 41%

COPmedia= 0,44 COPmedia= 0,59

εmedia= 49%


Campagna sperimentale: anomaie

Ritardo segnale fine corsa valvola circuito solare!

42%

36% 00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Ener

gia[

kWh]

En.prodotta dal campo solare Irraggiamento Rendimento campo solare

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Campagna sperimentale: misure

La presenza non prevedibile della fase vapore crea grossi problemi nella misura della portata!

Errore al cambio di data !!!

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Modelli stazionari: dimensionamento di sistemi e componenti in funzione di:

• “temperatura esterna di progetto”

• profilo di carico del giorno più critico

SVANTAGGI: impossibilità di analizzare i comportamenti del sistema impiantistico

al di fuori delle condizioni di progetto!

Rischio di sovradimensionamento dell’impianto o di operare in condizioni

lontane da quelle di ottimo!

Carico di picco

Perché la modellazione?


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Profilo orario di carico

Metodi dinamici: valutazione del comportamento dei sistemi di generazione al

variare del carico termico ed elettrico dell’edificio in funzione

• delle caratteristiche meteo del sito,

• della disponibilità e costo delle fonti energetiche,

• del comportamento delle utenze (occupanti, illuminazione, apparecchiature),

• della modalità di gestione degli impianti.


Modellazione dinamica

Il modello ENEA


Caratteristiche modello • piattaforma: Matlab-Simulink • time step: 15 minuti (variabile) • risolutore: ODE 3 • metodo int: Bogacki-Shampine • ordine: terzo

Temperatura di uscita collettori solari

Potenza scambiatore

Temperatura serbatoio caldo


Il modello ENEA: validazione

Energia scambiatore di calore: errore medio del 10%

Macchina ad assorbimento: errore medio del

15%

Il modello ENEA: validazione


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Portata al primario 0.6 1.6 l/s

Portata al secondario 0.97 3.05 l/s

Area collettori solari 100 150 m²

En_solare +39% FR_solare +20%

OTTIMIZZAZIONE PRESTAZIONI IMPIANTO

Prestazioni attuali P_sc=50 kW

FR_sol= 35 %

Utilizzo portate ottimizzata P_sc= 56 kW FR_sol= 40 %

Aumento superficie solare P_sc= 75 kW FR_sol= 55 %

Conclusioni


Contatti:

Giovanni Puglisi

http://www.agenziaefficienzaenergetica.it

[email protected]

+39 06 3048 6335

Grazie per l’attenzione!

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