Analisi energetica di sistemi integrati pompa di calore - pannelli solari ibridi a servizio di un edificio monofamiliare

In this work different heating, cooling and DHW systems are compared and investigated for a single family house, through one year simulation in the TRNSYS software. One particular combination of hybrid photovoltaic/thermal panel (PVT) and dual-source heat pump is examined. For the purposes of the study, a heat pump model was created and validated successfully with experimental data. With a 12 PVT solar field and a 0.9 m3 “Cold” storage, the combined system decreased the total electric energy consumption by 6.84% and the energy absorption from the grid by 20.64% in Milan, compared to a conventional AWHP combined with 12 standard photovoltaic panels. Relating the same systems with simulations in Rome, a decreased electric energy consumption of 12.08% was obtained and an increased electric energy surplus of 19.05%. The studied system’s performance was compared also to a conventional AWHP, with in addition 12 PVT panels for DHW production. The results showed a decreased electric energy consumption of 2.7% in Milan and of 3.34% in Rome, a decreased grid consumption by 17.24% and by 15.22% for the same cities. By an optimization of the components parameters and of the strategy control, these first tentative results can be increased significantly.

In questo lavoro di tesi sono stati investigati in ambiente TRNSYS diversi sistemi di climatizzazione in grado di soddisfare i fabbisogni di un edificio monofamiliare, cercando di ottenere bassi consumi e limitare l’impatto ambientale per simulazioni di un anno intero. In particolare ci si è soffermati sull’analisi di un sistema integrato di pompa di calore dual-source elio-assistita da pannelli ibridi fotovoltaici/termici. Le valutazioni si basano su un modello di macchina in grado di simulare il comportamento della regolazione della macchina, interpolando i dati del costruttore inseriti per diversi gradi di parzializzazione del compressore. La configurazione sviluppata, integrando insieme la pompa di calore con 12 PVT e un serbatoio “Freddo” da 0.9 m3, a Milano permette di diminuire i consumi di energia elettrica lordi annui dell’impianto del 6.84% e l’assorbimento dalla rete elettrica del 20.46%, rispetto ad una pompa di calore aria-acqua affiancata da 12 pannelli fotovoltaici convenzionali. Lo stesso sistema localizzato a Roma ottiene una diminuzione del 12.08% dell’energia elettrica lorda assorbita dall’impianto, un aumento di surplus di energia elettrica prodotta dai pannelli rispetto a quella necessaria al sistema, del 19.05%. Paragonando i risultati ottenuti dal sistema sviluppato con una pompa di calore aria-acqua convenzionale, affiancata da 12 PVT per la produzione di ACS, si ottiene che il risparmio di energia elettrica lorda consumata per Milano sia del 2.7% mentre per Roma del 3.34%. Si ottiene per il capoluogo lombardo una diminuzione della dipendenza dalla rete elettrica dell’impianto del 17.24%, per la capitale del 15.22%. Questi risultati, ottenuti da una prima investigazione dei sistemi, possono essere significativamente migliorati a fronte di un’ottimizzazione dei componenti scelti e della loro logica di controllo.