Calibrazione di un modello edificio-impianto per la simulazione di una strategia di risparmio energetico

The project PRIN 2015 " Riqualificazione del parco edilizio esistente in ottica NZEB (Nearly Zero Energy Building): costruzione di un network nazionale per la ricerca" aims to find integrated solutions to lead existing buildings towards a Nearly Zero Energy Building concept. This thesis work is part of the PRIN 2015 project and is meant to contribute to the development of calibration guidelines in dynamic building energy simulation of existing buildings. The heating system calibration of a residential building located in the city of Trento (TN) is performed through a manual multistage approach using the software TRNSYS. Windows opening by occupants has been identified as the most significant parameter in describing the building behaviour, instead of heating systems parameters such as heating supply temperature and mass flow rate, as it would be expected. The accuracy of the various models has been investigated thanks to statistical indexes such as Mean Bias Error (MBE) and Root Mean Square Error (RMSE). The calibration process resulted in three different models, each of them strongly characterized by the interaction between occupants and windows. A seasonal model, named "base", has been developed selecting one of the calibrated models and extending it to the entire Winter season. A "detailed" model was then developed starting from the base one and varying only occupational parameters. Other parameters such as ambient thermal capacity or envelope thermophysics characteristics, varied during the calibration process, were not varied anymore because they are building properties and cannot change from month to month. Both seasonal models have been used to perform an energy saving strategy, taking into account the average occupant's interaction with windows, that should lead to a reduction in primary energy consumption. Surprisingly the two models, characterized by different detail level, lead to similar results, namely the possibility to reduce the primary energy consumption roughly by 30%.

Il progetto PRIN 2015 " Riqualificazione del parco edilizio esistente in ottica NZEB (Nearly Zero Energy Building): costruzione di un network nazionale per la ricerca" ha l'obiettivo di trovare soluzioni integrate per la trasformazione degli edifici esistenti in NZEB. Questo lavoro di tesi si inserisce all'interno di questo progetto coadiuvando lo sviluppo di linee guida per l'uso della simulazione dinamica del costruito per riqualificarlo in ottica NZEB. In particolare, utilizzando il software TRNSYS e partendo da un modello di edificio già sviluppato, viene svolta la calibrazione del modello di edificio-impianto di un piano intermedio di una palazzina situata a Trento (TN), tramite un approccio manuale multistadio. La variazione dei parametri impiantistici, quali ad esempio la temperatura di mandata e la portata circolante nel circuito, inizialmente ritenuti i più importanti, non è risultata determinante nel descrivere il comportamento del sistema edificio-impianto. Questo ha portato a variare parametri di involucro e legati all'occupazione. Quest'ultimi, contro le aspettative iniziali, si sono rivelati i più influenti. Il processo di calibrazione, durante il quale per valutare la bontà dei modelli sono stati utilizzati indici statistici come l'errore medio (MBE) e lo scarto quadratico medio (RMSE), è terminato con il raggiungimento di 3 differenti modelli di ottimo, il cui fattore determinante è l'interazione tra l'occupante e l'apertura delle finestre. Dopo aver scelto uno dei modelli di ottimo ottenuti, questo è stato esteso a tutta la stagione invernale, derivando così un modello stagionale "base". Un secondo modello stagionale è stato ottenuto tramite un raffinamento del modello base ottenendo così un modello "dettagliato". Il raffinamento è stato eseguito variando solo parametri legati all'occupazione, ritenendo altri parametri, come ad esempio la capacità termica dell'ambiente o le caratteristiche di involucro, propri dell'edificio e quindi non variabili da un periodo ad un altro. Entrambi questi modelli sono stati utilizzati per valutare l'impatto di una strategia di intervento, che tiene in considerazione il comportamento dell'occupante medio relativamente all'apertura delle finestre ed è volta a diminuire il consumo di energia. Sorprendentemente le previsioni ottenute con i due modelli stagionali, caratterizzati da diversi livelli di dettaglio, portano a risultati molto simili, ovvero la possibilità di ridurre i consumi di energia primaria di circa il 30%.