Design of an innovative district equipped with a 5th generation district heating and cooling network and integrated into a renewable energy community with a social purpose

This work proposes a solution for the district Milano-Crescenzago in order to meet the climate challenges presented by the international program Reinventing Cities. The goals are to design a zero emission and positive energy district, applying the life cycle assessment and evaluating the resilience of the systems to climatic changes. To bring inclusive action and social benefits to the community, the new district becomes part of a renewable energy community with social purpose. First of all, the district is modelled starting from the evaluation of the renewable energy sources available in the place and of the heating, cooling, ventilation and appliances loads required by eight residential buildings, each with a commercial area at the ground floor. A 5th generation district heating and cooling network is designed and dimensioned, equipped with two substations in each building, one for the residential loads and the other for the commercial ones, and an energy center that exploits groundwater to extract and discharge heat at low temperatures. The photovoltaic production of PV systems on the roofs of each building, net of direct self-consumption to provide for condominium consumptions, feeds the REC, made up of the residents of the district and fragile families of popular buildings in the neighbourhood, with the social purpose of guaranteeing economic aid against energy poverty. Therefore, the operational strategy of the 5th generation DHC system is optimized to maximize the energy shared within the community, and the relative economic benefit given by the incentives. Three scenarios for the distribution of these profits are then studied to simultaneously guarantee a short pay-back-time for the PV system investment of the prosumers and substantial economic support to the fragile families.

Il seguente studio propone una soluzione per il distretto Milano Crescenzago, al fine di soddisfare le sfide climatiche del programma internazionale Reinventing Cities. Gli obiettivi sono progettare un distretto a zero emissioni ed energia positiva, applicando la valutazione del ciclo di vita e verificando la resilienza degli impianti ai cambiamenti climatici. Per portare azioni inclusive e benefici sociali alla comunità, il nuovo distretto diventa parte di una comunità di energia rinnovabile con finalità sociali. In primo luogo, è proposto un modello del distretto a partire da una valutazione delle fonti energetiche rinnovabili disponibili in loco e dei carichi per riscaldamento e raffrescamento degli ambienti, ventilazione e preparazione dell’acqua calda sanitaria richiesti dagli otto edifici residenziali, ognuno dei quali dotato di una zona commerciale al piano terreno. A seguire, è dimensionata una rete di teleriscaldamento e teleraffreddamento di 5a generazione, dotata di due sottostazioni per ogni edificio, una per soddisfare i carichi residenziali, l’altra per quelli commerciali, e un energy center che sfrutta l’acqua di falda per estrarre e scaricare calore a bassa temperatura. La produzione fotovoltaica degli impianti disposti sui tetti di ogni edificio del distretto, al netto dell’elettricità direttamente auto-consumata per i consumi condominiali, alimenta la comunità energetica composta dai residenti del distretto e da famiglie fragili risiedenti nelle palazzine popolari del vicinato. La comunità si pone l’obiettivo sociale di fornire un aiuto economico contro la povertà energetica. Per questo motivo, la strategia operativa della rete distrettuale è ottimizzata per massimizzare l’energia condivisa all’interno della comunità energetica e il relativo beneficio economico che ne deriva dall’incentivazione. Infine, sono studiati tre scenari di ridistribuzione dei profitti netti della comunità, al fine di garantire allo stesso tempo un breve periodo di ritorno dell’investimento dell’impianto fotovoltaico ai prosumer, e un rilevante supporto economico alle famiglie fragili.