Implementation of moist air in large air volumes simulations for energy-related efficiency in buildings

In recent years it has been largely demonstrated that global energy consumption is largely due to the energy use of buildings and urban agglomerations. More precisely, it has been observed that the greatest energy expenditure is caused by the Heating, Ventilation and Air Conditioning of buildings (HVAC). The two main ways to minimize the mentioned consumption are the use of advanced construction techniques, using increasingly energy-efficient materials, and the adoption of innovative control systems for energy management. In this work one has dealt with a complete review of the main software and modeling paradigms that are able to support the difficult problem of designing buildings (or groups of them) with high energy efficiency. The design of the latter is largely limited by the complexity of the same, viewed as systems, whose performances are determined by the interaction of the various subsystems of which they are composed. In the last 50 years, countless software programs have been produced to help simulate the energy performance of buildings. In the last few years in particular, very useful techniques have been implemented in this area, known as Object-Oriented Modeling and Simulation (OOMS), based on the concept of equations rather than algorithms. This approach is easy and manages to solve many modeling difficulties. In this thesis, through the Object Oriented modeling approach of the Modelica language, a process of ’restoration’ and expansion of a previous library for the modeling of large volumes of air inside buildings is carried out. The goal is to recreate a model situation as close as possible to reality in order to reach increasingly truthful simulations and introduce greater degrees of complexity. Subsequently the ideas presented were supported by some applications and simulations that put the proposed techniques into practice.

Negli ultimi anni è stato in gran parte dimostrato che il consumo globale energetico è largamente dovuto all’utilizzo di energia degli edifici e degli agglomerati urbani. E’ stato osservato più precisamente che il dispendio energetico maggiore è causato dagli impianti di condizionamento e riscaldamento degli edifici (HVAC). I due principali modi per ridurre al minimo i suddetti consumi sono l’utilizzo di tecniche di costruzione sempre più all’avanguardia, impiegando materiali sempre più efficienti dal punto di vista energetico, e l’adozione di sistemi di controllo innovativi per la gestione energetica. In questo lavoro mi sono occupato di esporre una completa revisione dei principali software e paradigmi modellistici che siano in grado di supportare il difficile problema della progettazione di edifici (o raggruppamenti di essi) ad alta efficienza energetica. La progettazione di questi ultimi è ampiamente limitata dalla complessità degli stessi, intesi come sistemi, le cui performance sono determinate dall’interazione dei vari sottosistemi di cui sono composti. Negli ultimi 50 anni sono stati prodotti innumerevoli software in aiuto della simulazione delle performace energetiche degli edifici. Negli ultimi anni in particolare sono state implementate tecniche molto utili in questo ambito, note come Object-Oriented Modeling and Simulation (OOMS), sono basate sul concetto di equazioni anzichè di algoritmi. Tale approccio risulta agevole e riesce a risolvere molte difficoltà di modellazione. In questa tesi, tramite l’approccio modellistico Object Oriented del linguaggio Modelica si è attuato un processo di ’restauro’ e di ampliamento di una precedente libreria atta alla modellazione di ampi volumi d’aria all’interno di edifici. L’obiettivo è quello di ricreare una situazione di modello il più vicina possibile alla realtà al fine di arrivare a simulazioni sempre più veritiere e introdurre maggiori gradi di complessità. Successivamente le idee presentate sono state supportate da alcune applicazioni e simulazioni che mettono in pratica le tecniche proposte.