The increasing integration of energy from renewable sources requires a radical transformation in the way of designing and constructing buildings, focusing on the search for the highest degree of energy efficiency and the push towards the development of new advanced and sustainable technologies. In this context, the research project "PVT-SAHP", funded by the Italian government, aims to realize an innovative integrated system to meet the needs of heating, cooling and DHW production, to be used in a residential sector. A prototype, based on the use of a multi-source heat pump using both outdoor air and solar energy recovered through hybrid solar collectors as thermal sources, has been designed, developed and experimentally tested. The thesis work has been developed starting from the experimental data acquired during the monitoring phase. They have been analyzed with the use of Python, in order to characterize the plant in terms of performance, operating logic and control, studying the main modes of operation. A method for mathematical modeling of the multi-source heat pump was then developed, which allowed its performance to be characterized in the different operating modes tested experimentally. The different performance maps have been validated and implemented in a TRNSYS model of the entire PVT-SAHP system, built on the basis of the characteristics and operating logic of the system tested experimentally. Using the mathematical model, finally, different simulations of the thermodynamic behavior of the system have been carried out in heterogeneous climatic contexts and considering two different types of users: a single-family building and a multi-family one. The results obtained show that the PVT-SAHP system studied is an excellent solution to cover the thermal needs of residential buildings, in different climatic contexts, through the use of renewable energy sources and in particular solar energy.

L'integrazione crescente di energia da fonti rinnovabili impone una radicale trasformazione nel modo di progettare e costruire gli edifici, privilegiando la ricerca del più alto grado di efficientamento energetico e la spinta verso lo sviluppo di nuove tecnologie avanzate e sostenibili. In questo contesto, il progetto di ricerca "PVT-SAHP" finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico, si pone l'obiettivo di realizzare un sistema integrato innovativo per rispondere ai bisogni di riscaldamento, raffrescamento e produzione di ACS, da utilizzare in ambito residenziale. Un prototipo, basato sull'utilizzo di una pompa di calore multi-sorgente che sfrutta come sorgente termica sia l'aria esterna che l'energia solare recuperata attraverso collettori solari ibridi, è stato progettato, sviluppato e testato sperimentalmente. Il lavoro di tesi si è sviluppato a partire dai dati sperimentali acquisiti durante la fase di monitoraggio, analizzati con l'utilizzo di Python, al fine di caratterizzare l'impianto in termini di prestazioni, logica di funzionamento e controllo, studiandone le principali modalità di funzionamento. E' stato poi sviluppato un metodo per la modellizzazione matematica della pompa di calore multi-sorgente, il quale ha consentito di caratterizzarne le prestazioni nelle diverse modalità di funzionamento testate sperimentalmente. Le diverse "performance map" sono state validate ed implementate in un modello TRNSYS dell'intero sistema PVT-SAHP, costruito sulla base delle caratteristiche e logiche di funzionamento del sistema prototipale sperimentale. Utilizzando il modello matematico, infine, sono state effettuate diverse simulazioni del comportamento termodinamico dell'impianto in contesti climatici eterogenei e considerando due tipologie diverse di utenze: un edificio monofamiliare e uno multifamiliare. Dai risultati ottenuti si evince che il sistema PVT-SAHP studiato risulta essere un'ottima soluzione per coprire i fabbisogni termici degli edifici residenziali, in diversi contesti climatici, attraverso l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili ed in particolare dell'energia solare.

Analisi dei dati e modellazione di un sistema PVT-SAHP ad uso residenziale

De Francesco, Felice
2019/2020

Abstract

The increasing integration of energy from renewable sources requires a radical transformation in the way of designing and constructing buildings, focusing on the search for the highest degree of energy efficiency and the push towards the development of new advanced and sustainable technologies. In this context, the research project "PVT-SAHP", funded by the Italian government, aims to realize an innovative integrated system to meet the needs of heating, cooling and DHW production, to be used in a residential sector. A prototype, based on the use of a multi-source heat pump using both outdoor air and solar energy recovered through hybrid solar collectors as thermal sources, has been designed, developed and experimentally tested. The thesis work has been developed starting from the experimental data acquired during the monitoring phase. They have been analyzed with the use of Python, in order to characterize the plant in terms of performance, operating logic and control, studying the main modes of operation. A method for mathematical modeling of the multi-source heat pump was then developed, which allowed its performance to be characterized in the different operating modes tested experimentally. The different performance maps have been validated and implemented in a TRNSYS model of the entire PVT-SAHP system, built on the basis of the characteristics and operating logic of the system tested experimentally. Using the mathematical model, finally, different simulations of the thermodynamic behavior of the system have been carried out in heterogeneous climatic contexts and considering two different types of users: a single-family building and a multi-family one. The results obtained show that the PVT-SAHP system studied is an excellent solution to cover the thermal needs of residential buildings, in different climatic contexts, through the use of renewable energy sources and in particular solar energy.
SCOCCIA, ROSSANO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2021
2019/2020
L'integrazione crescente di energia da fonti rinnovabili impone una radicale trasformazione nel modo di progettare e costruire gli edifici, privilegiando la ricerca del più alto grado di efficientamento energetico e la spinta verso lo sviluppo di nuove tecnologie avanzate e sostenibili. In questo contesto, il progetto di ricerca "PVT-SAHP" finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico, si pone l'obiettivo di realizzare un sistema integrato innovativo per rispondere ai bisogni di riscaldamento, raffrescamento e produzione di ACS, da utilizzare in ambito residenziale. Un prototipo, basato sull'utilizzo di una pompa di calore multi-sorgente che sfrutta come sorgente termica sia l'aria esterna che l'energia solare recuperata attraverso collettori solari ibridi, è stato progettato, sviluppato e testato sperimentalmente. Il lavoro di tesi si è sviluppato a partire dai dati sperimentali acquisiti durante la fase di monitoraggio, analizzati con l'utilizzo di Python, al fine di caratterizzare l'impianto in termini di prestazioni, logica di funzionamento e controllo, studiandone le principali modalità di funzionamento. E' stato poi sviluppato un metodo per la modellizzazione matematica della pompa di calore multi-sorgente, il quale ha consentito di caratterizzarne le prestazioni nelle diverse modalità di funzionamento testate sperimentalmente. Le diverse "performance map" sono state validate ed implementate in un modello TRNSYS dell'intero sistema PVT-SAHP, costruito sulla base delle caratteristiche e logiche di funzionamento del sistema prototipale sperimentale. Utilizzando il modello matematico, infine, sono state effettuate diverse simulazioni del comportamento termodinamico dell'impianto in contesti climatici eterogenei e considerando due tipologie diverse di utenze: un edificio monofamiliare e uno multifamiliare. Dai risultati ottenuti si evince che il sistema PVT-SAHP studiato risulta essere un'ottima soluzione per coprire i fabbisogni termici degli edifici residenziali, in diversi contesti climatici, attraverso l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili ed in particolare dell'energia solare.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/175895