The transition to low-temperature heating systems is a crucial step in enhancing energy efficiency and reducing carbon emissions in the building sector. This study explores the feasibility of reducing supply temperatures in an existing residential heating system while maintaining occupant thermal comfort and optimizing energy consumption. By integrating monitored data with dynamic simulations in EnergyPlus, the research evaluates the impact of various radiator supply temperatures and proposes a preheating strategy to mitigate thermal discomfort. The analysis demonstrates that reducing the supply temperature from 75°C to 65°C maintains acceptable thermal comfort levels, with a marginal increase in discomfort below this threshold. The study also introduces a preheating strategy, which successfully reduces peak power demand and improves morning thermal conditions without significant additional energy consumption. These findings highlight the potential for optimizing heating system performance through strategic scheduling and temperature management. A detailed assessment of the thermal comfort indicators, including Predicted Mean Vote (PMV) and Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), revealed that supply temperature reductions can be achieved while keeping discomfort levels within acceptable limits. The study further examined how preheating enhances comfort stability by reducing abrupt temperature fluctuations, leading to a more consistent indoor environment. These strategies were evaluated against a baseline scenario to quantify their effectiveness in both energy savings and comfort improvements. The research also emphasizes the role of heating system adaptability in facilitating the transition to low-temperature district heating networks. The findings indicate that significant energy savings can be achieved without requiring major modifications to the building envelope, making supply temperature reductions a feasible solution for existing buildings. However, complementary measures such as improved insulation and dynamic control systems could further enhance performance.

La transizione verso sistemi di riscaldamento a bassa temperatura è un passo cruciale per migliorare l’efficienza energetica e ridurre le emissioni di carbonio nel settore edilizio. Questo studio esplora la fattibilità della riduzione delle temperature di mandata in un impianto di riscaldamento residenziale esistente, mantenendo il comfort termico degli occupanti e ottimizzando i consumi energetici. Integrando dati monitorati con simulazioni dinamiche in EnergyPlus, la ricerca valuta l’impatto di diverse temperature di mandata dei radiatori e propone una strategia di preriscaldamento per mitigare il disagio termico. L’analisi dimostra che la riduzione della temperatura di mandata da 75°C a 65°C mantiene livelli di comfort termico accettabili, con un incremento marginale del disagio al di sotto di questa soglia. Lo studio introduce inoltre una strategia di preriscaldamento, che riduce con successo il picco di domanda di potenza e migliora le condizioni termiche mattutine senza un consumo energetico aggiuntivo significativo. Questi risultati evidenziano il potenziale di ottimizzazione delle prestazioni del sistema di riscaldamento attraverso una programmazione strategica e una gestione efficace della temperatura. Una valutazione dettagliata degli indicatori di comfort termico, tra cui il Predicted Mean Vote (PMV) e il Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), ha rivelato che la riduzione della temperatura di mandata può essere attuata mantenendo i livelli di disagio entro limiti accettabili. Lo studio ha inoltre esaminato come il preriscaldamento migliori la stabilità del comfort, riducendo le fluttuazioni termiche improvvise e garantendo un ambiente interno più uniforme. Queste strategie sono state confrontate con uno scenario di riferimento per quantificarne l’efficacia sia in termini di risparmio energetico che di miglioramento del comfort. La ricerca sottolinea anche il ruolo dell’adattabilità degli impianti di riscaldamento nel facilitare la transizione verso reti di teleriscaldamento a bassa temperatura. I risultati indicano che è possibile ottenere significativi risparmi energetici senza la necessità di interventi strutturali rilevanti sull’involucro edilizio, rendendo la riduzione della temperatura di mandata una soluzione praticabile per gli edifici esistenti. Tuttavia, misure complementari, come un miglioramento dell’isolamento e sistemi di controllo dinamici, potrebbero ulteriormente incrementare le prestazioni.

Analysing existing buildings readiness for supply temperature reduction: Impact on thermal comfort and energy performance through a case study based on monitoring data and dynamic simulation

ELSHARKAWY, MARWAN KHAMIS BADR IBRAHIM
2023/2024

Abstract

The transition to low-temperature heating systems is a crucial step in enhancing energy efficiency and reducing carbon emissions in the building sector. This study explores the feasibility of reducing supply temperatures in an existing residential heating system while maintaining occupant thermal comfort and optimizing energy consumption. By integrating monitored data with dynamic simulations in EnergyPlus, the research evaluates the impact of various radiator supply temperatures and proposes a preheating strategy to mitigate thermal discomfort. The analysis demonstrates that reducing the supply temperature from 75°C to 65°C maintains acceptable thermal comfort levels, with a marginal increase in discomfort below this threshold. The study also introduces a preheating strategy, which successfully reduces peak power demand and improves morning thermal conditions without significant additional energy consumption. These findings highlight the potential for optimizing heating system performance through strategic scheduling and temperature management. A detailed assessment of the thermal comfort indicators, including Predicted Mean Vote (PMV) and Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), revealed that supply temperature reductions can be achieved while keeping discomfort levels within acceptable limits. The study further examined how preheating enhances comfort stability by reducing abrupt temperature fluctuations, leading to a more consistent indoor environment. These strategies were evaluated against a baseline scenario to quantify their effectiveness in both energy savings and comfort improvements. The research also emphasizes the role of heating system adaptability in facilitating the transition to low-temperature district heating networks. The findings indicate that significant energy savings can be achieved without requiring major modifications to the building envelope, making supply temperature reductions a feasible solution for existing buildings. However, complementary measures such as improved insulation and dynamic control systems could further enhance performance.
DI NUNZIO , NICHOLAS
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
La transizione verso sistemi di riscaldamento a bassa temperatura è un passo cruciale per migliorare l’efficienza energetica e ridurre le emissioni di carbonio nel settore edilizio. Questo studio esplora la fattibilità della riduzione delle temperature di mandata in un impianto di riscaldamento residenziale esistente, mantenendo il comfort termico degli occupanti e ottimizzando i consumi energetici. Integrando dati monitorati con simulazioni dinamiche in EnergyPlus, la ricerca valuta l’impatto di diverse temperature di mandata dei radiatori e propone una strategia di preriscaldamento per mitigare il disagio termico. L’analisi dimostra che la riduzione della temperatura di mandata da 75°C a 65°C mantiene livelli di comfort termico accettabili, con un incremento marginale del disagio al di sotto di questa soglia. Lo studio introduce inoltre una strategia di preriscaldamento, che riduce con successo il picco di domanda di potenza e migliora le condizioni termiche mattutine senza un consumo energetico aggiuntivo significativo. Questi risultati evidenziano il potenziale di ottimizzazione delle prestazioni del sistema di riscaldamento attraverso una programmazione strategica e una gestione efficace della temperatura. Una valutazione dettagliata degli indicatori di comfort termico, tra cui il Predicted Mean Vote (PMV) e il Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), ha rivelato che la riduzione della temperatura di mandata può essere attuata mantenendo i livelli di disagio entro limiti accettabili. Lo studio ha inoltre esaminato come il preriscaldamento migliori la stabilità del comfort, riducendo le fluttuazioni termiche improvvise e garantendo un ambiente interno più uniforme. Queste strategie sono state confrontate con uno scenario di riferimento per quantificarne l’efficacia sia in termini di risparmio energetico che di miglioramento del comfort. La ricerca sottolinea anche il ruolo dell’adattabilità degli impianti di riscaldamento nel facilitare la transizione verso reti di teleriscaldamento a bassa temperatura. I risultati indicano che è possibile ottenere significativi risparmi energetici senza la necessità di interventi strutturali rilevanti sull’involucro edilizio, rendendo la riduzione della temperatura di mandata una soluzione praticabile per gli edifici esistenti. Tuttavia, misure complementari, come un miglioramento dell’isolamento e sistemi di controllo dinamici, potrebbero ulteriormente incrementare le prestazioni.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/234757