The multi-functional variable refrigerant flow (MFVRF) system is a promising solution to meet the objective that all new buildings shall be nearly zero-energy buildings (NZEBs) by 31 December 2020. In particular, it is a high-efficiency system able to supply space cooling, space heating and domestic hot water (DHW) production simultaneously in different zones allowing also for waste heat recovery. The aim of this work is to implement a novel model of the MFVRF in EnergyPlus 9.4 in order to assess its final energy consumption and to account for the heat recovered when working in cooling mode to be used for DHW production. The developed model is employed to compare the performance of a MFVRF system in a multi-family residential building of 858 m2 with that of a conventional solution. The simulations are performed for two different climate conditions in Spain and two different DHW consumption temperatures. The results show significant energy savings achieved with the MFVRF system and DHW being consumed at 60 oC for both Madrid (63.82%) and Seville (51.8%). Additionally, energy savings were even further enhanced for DHW being consumed at 45 oC for Madrid (73.69%) and for Seville (70.71%). It is concluded that part of the annual DHW energy demand is covered by heat recovery for Madrid (4.96%) and Seville (5.69%) at a DHW consumption temperature of 60 oC and for Madrid (6.42%) and Seville (8.96%) at a DHW consumption temperature of 45 oC.

Il sistema multifunzionale a flusso di refrigerante variabile (MFVRF) è una soluzione promettente per raggiungere l'obiettivo che tutti i nuovi edifici siano edifici a energia quasi zero (NZEB) entro il 31 dicembre 2020. In particolare, è un sistema ad alta efficienza in grado di fornire raffreddamento, riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria (ACS) simultaneamente in diverse zone permettendo anche il recupero del calore residuo. Lo scopo di questo lavoro è quello di implementare un nuovo modello del MFVRF in EnergyPlus 9.4 al fine di valutare il suo consumo finale di energia e di tenere conto del calore recuperato quando lavora in modalità di raffreddamento da utilizzare per la produzione di acqua calda sanitaria. Il modello sviluppato viene impiegato per confrontare le prestazioni di un sistema MFVRF in un edificio residenziale multifamiliare di 858 m2 con quelle di una soluzione convenzionale. Le simulazioni vengono eseguite per due diverse condizioni climatiche in Spagna e due diverse temperature di consumo dell'acqua sanitaria. I risultati mostrano un significativo risparmio energetico ottenuto con il sistema MFVRF e l'acqua sanitaria consumata a 60°C sia per Madrid (63,82%) che per Siviglia (51,8%). Inoltre, il risparmio energetico è stato ancora maggiore per l'acqua sanitaria consumata a 45°C per Madrid (73,69%) e per Siviglia (70,71%). Si conclude che parte del fabbisogno annuale di energia per l'acqua sanitaria è coperto dal recupero di calore per Madrid (4,96%) e Siviglia (5,69%) ad una temperatura di consumo di acqua sanitaria di 60 oC e per Madrid (6,42%) e Siviglia (8,96%) ad una temperatura di consumo di acqua sanitaria di 45 oC.

Model and simulation of multi-functional variable refrigerant flow systems in EnergyPlus

2020/2021

Abstract

The multi-functional variable refrigerant flow (MFVRF) system is a promising solution to meet the objective that all new buildings shall be nearly zero-energy buildings (NZEBs) by 31 December 2020. In particular, it is a high-efficiency system able to supply space cooling, space heating and domestic hot water (DHW) production simultaneously in different zones allowing also for waste heat recovery. The aim of this work is to implement a novel model of the MFVRF in EnergyPlus 9.4 in order to assess its final energy consumption and to account for the heat recovered when working in cooling mode to be used for DHW production. The developed model is employed to compare the performance of a MFVRF system in a multi-family residential building of 858 m2 with that of a conventional solution. The simulations are performed for two different climate conditions in Spain and two different DHW consumption temperatures. The results show significant energy savings achieved with the MFVRF system and DHW being consumed at 60 oC for both Madrid (63.82%) and Seville (51.8%). Additionally, energy savings were even further enhanced for DHW being consumed at 45 oC for Madrid (73.69%) and for Seville (70.71%). It is concluded that part of the annual DHW energy demand is covered by heat recovery for Madrid (4.96%) and Seville (5.69%) at a DHW consumption temperature of 60 oC and for Madrid (6.42%) and Seville (8.96%) at a DHW consumption temperature of 45 oC.
TORREGROSA JAIME, BARBARA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2021
2020/2021
Il sistema multifunzionale a flusso di refrigerante variabile (MFVRF) è una soluzione promettente per raggiungere l'obiettivo che tutti i nuovi edifici siano edifici a energia quasi zero (NZEB) entro il 31 dicembre 2020. In particolare, è un sistema ad alta efficienza in grado di fornire raffreddamento, riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria (ACS) simultaneamente in diverse zone permettendo anche il recupero del calore residuo. Lo scopo di questo lavoro è quello di implementare un nuovo modello del MFVRF in EnergyPlus 9.4 al fine di valutare il suo consumo finale di energia e di tenere conto del calore recuperato quando lavora in modalità di raffreddamento da utilizzare per la produzione di acqua calda sanitaria. Il modello sviluppato viene impiegato per confrontare le prestazioni di un sistema MFVRF in un edificio residenziale multifamiliare di 858 m2 con quelle di una soluzione convenzionale. Le simulazioni vengono eseguite per due diverse condizioni climatiche in Spagna e due diverse temperature di consumo dell'acqua sanitaria. I risultati mostrano un significativo risparmio energetico ottenuto con il sistema MFVRF e l'acqua sanitaria consumata a 60°C sia per Madrid (63,82%) che per Siviglia (51,8%). Inoltre, il risparmio energetico è stato ancora maggiore per l'acqua sanitaria consumata a 45°C per Madrid (73,69%) e per Siviglia (70,71%). Si conclude che parte del fabbisogno annuale di energia per l'acqua sanitaria è coperto dal recupero di calore per Madrid (4,96%) e Siviglia (5,69%) ad una temperatura di consumo di acqua sanitaria di 60 oC e per Madrid (6,42%) e Siviglia (8,96%) ad una temperatura di consumo di acqua sanitaria di 45 oC.
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