Perdite termiche di una rete di teleriscaldamento : modelli, accuratezza e validazione

The Kyoto protocol indicates District Heating as one of the most effective tools for reducing carbon dioxide emissions. The district heating technology is considered a valid solution to achieve in the short term a high efficiency and low emission energy system and, therefore, as one of the possible ways to achieve the objectives of energy efficiency set by the European Union for 2030. This thesis is focused on the district heating topic, a centralized heat production system that saves the use of non-renewable fossil energy sources, for the benefit of environmental and energy sustainability. In order to be able to have a predictive modeling tool to optimize district heating networks, this thesis, starting from the empirical analysis of the thermal losses of the Brescia district heating network, develops two models that allow their estimation. The first model is for the heat transfer calculation, while the second one is a hydraulic model, developed using the InfoWorks Ws Pro and Marte Teleris software. The effectiveness of these models was tested by calculating the value of thermal losses both by through a measured thermal energy balance, making a balance between the thermal energy fed into the grid and the thermal energy supplied to the users and through the elaborate models. This comparison led to a validation of the modeling tool, highlighting its effectiveness and usefulness. The proposed transfer model makes possible to do accurate estimates on the future network thermal losses when certain parameters change. It is possible to assess how thermal losses change in relation to the extension of new network sections, to the nominal diameter and to the operating temperature. The analyzes performed with the heat tranfer model show that the flow temperature is one of the main parameters on which the companies managing the plants and the district heating networks, in accordance to the operating restrictions, can act. Finally, it should be pointed out that the models proposed in this thesis are not applicable only to the Brescia district heating network, on which they have been validated, but they can be applied in any condition and on any district heating network, everywhere.

Il protocollo di Kyoto indica il teleriscaldamento tra gli strumenti più efficaci per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica. La tecnologia del teleriscaldamento viene considerata una valida soluzione per raggiungere nel breve termine un sistema energetico ad alta efficienza e a basse emissioni e, quindi, come una delle possibili strade da intraprendere per conseguire gli obiettivi di efficienza energetica fissati dall’Unione Europea per il 2030. Il lavoro di tesi affronta la tematica del teleriscaldamento, ossia un sistema di produzione centralizzata di calore che risparmia l’utilizzo di fonti energetiche fossili non rinnovabili, a vantaggio della sostenibilità ambientale ed energetica. Al fine di poter predisporre di un strumento modellistico predittivo per ottimizzare le reti di teleriscaldamento, tale tesi, partendo dall’analisi empirica delle perdite termiche della rete del teleriscaldamento di Brescia, elabora due modelli che ne permettano la loro stima. Il primo modello è uno modello di scambio termico, mentre il secondo modello è un modello idraulico, sviluppato utilizzando il software InfoWorks Ws Pro e l’applicativo Marte Teleris. L’efficacia dei modelli è stata testata calcolando il valore delle perdite termiche sia mediante un bilancio di energia termica misurata, facendo la differenza tra l’energia termica immessa in rete e l’energia termica erogata alle utenze, sia attraverso i modelli elaborati. Il confronto ha portato ad una validazione dello strumento sviluppato, evidenziandone l’efficacia e l’utilità. Il modello di scambio termico proposto permette anche di fare stime accurate sulle future perdite termiche della rete al variare di alcuni parametri, ossia è possibile osservare come variano le perdite termiche in relazione all’estensione di nuovi tratti di rete o di prese verso le utenze, in relazione al diametro nominale posato, in relazione alla variazione della temperatura di esercizio. Le analisi condotte con l’ausilio del modello di scambio termico elaborato, evidenziano che la temperatura di mandata è uno dei parametri principali su cui le aziende che gestiscono gli impianti e le reti del teleriscaldamento possono agire, compatibilmente con i vincoli di esercizio. È bene, infine, segnalare che i modelli proposti in questo lavoro di tesi non sono contestualizzati solamente alla rete del teleriscaldamento di Brescia, su cui sono stati validati, ma possono essere applicati in qualsiasi condizione e su qualsiasi rete di teleriscaldamento.