Analisi energetica, economica e ambientale di un sistema di riscaldamento autonomo in pompa di calore alimentato a gas

The purpose of this thesis is to define the potential of a system composed by a gas driven heat pump combined with a PCM storage and a solar thermal system, installed in detached and semi-detached houses. The study has been done to understand the potentiality of this system configuration to provide space heating and domestic hot water in existing buildings. The goal is to reduce final energy consumption, primary energy consumption and greenhouse gases emission. The special features of this system are given by the configuration of the PCM storage, which is composed by two levels of temperature, and a small size gas driven heat pump that is not commercialized yet. The analysis takes into account two different conditions. The first one consists in the installation of the system in not renovated houses whose envelope have a low thermal resistance. The second one consists in the installation of the system into renovated houses. The renovation is based on the application of an insulation coating on both vertical wall and roof; in addition, low thermal transmittance windows have been installed. All these improvements have been done to reduce heat losses. In both conditions, the radiators heating system remains unchanged. Finally, primary energy consumption, final energy consumption and the greenhouse gases emission of the solution taken into account have been compared with the consumption of a condensing boiler system, which provide space heating and instantaneous production of domestic hot water. The condensing boiler consumption have been computed for both renovated and not renovated houses. The analysis has been done by numerical simulation of the whole building system, using Trnsys 18 software, which has been personalized based on the innovative components (gas driven heat pump and PCM storage).

Lo scopo del lavoro svolto è quello di definire le potenzialità di un impianto che sfrutta una pompa di calore a gas accoppiata ad un accumulo PCM e un impianto solare termico istallati in abitazioni mono o bifamiliari lombarde. In particolare, si vuole esplorare il potenziale di questa configurazione impiantistica per fornire i servizi di riscaldamento e acqua calda sanitaria in edifici esistenti riducendo i consumi di energia primaria e le emissioni di gas climalteranti. Le peculiarità dell’impianto proposto sono date dalla particolare configurazione di accumulo PCM, composto da due livelli di temperatura, e della pompa di calore a gas di piccola taglia, non ancora presente in commercio. L’impianto è stato valutato in due diverse condizioni. La prima nel caso in cui l’involucro dell’abitazione in cui l’impianto viene istallato presenta una bassa resistenza termica. La seconda si riferisce al caso in cui l’involucro dell’abitazione subisca un processo di ristrutturazione che prevede l’applicazione si un cappotto termico sia sulle pareti verticali che sulla copertura e l’istallazione di finestre con bassa trasmittanza termica al fine di ridurre le dispersioni. In entrambi i casi si considera che solo il sistema di generazione venga rinnovato, mentre, l’impianto di distribuzione e i terminali ambiente rimangano invariati. I consumi di energia finale, energia primaria e ed emissioni di gas serra dell’impianto oggetto di studio sono state confrontate, in entrambe le condizioni, con quelli ottenuti da un impianto che sfrutta una caldaia a condensazione per la fornitura del servizio di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria in modalità istantanea. L’analisi è stata condotta per mezzo di simulazioni numeriche dell’edificio nel suo complesso, sfruttando il software Trnsys18, personalizzato con modelli che simulino i componenti innovativi introdotti (pompa di calore a gas e accumulo PCM).