A feasibility study on the integration of a Linear Fresnel system for the coverage of heating and cooling demand in a rural settlement in Cyprus

The increasing demand for heating and cooling in the built environment requires the exploration of new energy sources. Concentrated solar power (CSP) technologies represent a promising alternative to fossil fuel energy generation. However, untapped potential persists in the integration of these technologies for building cooling. This research was conducted as part of a visiting period at the Cyprus Institute in Nicosia, supported by the EU’s Erasmus+ funding scheme. The study explores the feasibility of integrating a linear Fresnel collector (LFC) system into a hypothetical timber-based settlement in Cyprus, choice that also addresses the mismatch between Cyprus' modern building practices and its climatic and environmental requirements. The thesis follows a two-phase approach: a demand-side sensitivity analysis and a supply-side parametric analysis. The first focuses on identifying the most impactful parameters in the building's energy consumption, providing support for preliminary design choices, while the second aims to evaluate, through a series of parametric simulations, the effectiveness and economic feasibility of multiple settlement configurations in meeting energy demand. The results of the building sensitivity analysis show that, among those analysed, the most sensitive design parameters affecting annual energy loads in residential buildings are air infiltration rate and wall thermal transmittance. The findings of the system parametric analysis show that, when properly sized and integrated, a LFC can be a reliable and cost-effective energy source for space conditioning, highlighting the potential of CSP technologies in the Mediterranean context and offering insights into their broader application in regions with similar climatic conditions. By leveraging simulation tools such as IES-VE and TRNSYS, the study provides fundamental insights on the techno-economic feasibility of CSP-LFC integration in the built environment. It contributes to the ongoing discussion on sustainable and efficient energy design and offers a reference for policymakers, researchers, and industry stakeholders aiming to optimise renewable energy integration in the Mediterranean climate.

La crescente domanda di riscaldamento e raffrescamento nel settore delle costruzioni richiede l'esplorazione di nuove fonti di energia. Le tecnologie dell'energia solare concentrata (CSP) rappresentano un'alternativa promettente alla generazione di energia da combustibili fossili. Tuttavia, persiste un potenziale non sfruttato nell'integrazione di queste tecnologie per il raffrescamento degli edifici. Questa ricerca è stata condotta durante un periodo di visita presso the Cyprus Institute a Nicosia, promosso dal programma di finanziamento Erasmus+ dell'UE. Lo studio esplora la fattibilità dell'integrazione di un sistema a collettore lineare di Fresnel (LFC) in un ipotetico insediamento in legno a Cipro, scelta che affronta anche la discrepanza tra le moderne pratiche edilizie di Cipro e i suoi requisiti climatici e ambientali. La tesi segue un approccio in due fasi: un'analisi di sensibilità dal lato della domanda e un'analisi parametrica dal lato della fornitura energetica. La prima fase si concentra sull'individuazione dei parametri più impattanti nei consumi energetici dell'edificio, fornendo uno strumento di supporto alle scelte progettuali preliminari. La seconda fase ha l'obiettivo di valutare, attraverso una serie di simulazioni parametriche, l'efficacia e la fattibilità economica di molteplici configurazioni insediative nel soddisfare la domanda di energia. I risultati dell'analisi di sensibilità mostrano che, tra quelli analizzati, i parametri di progettazione che più influenzano i carichi energetici annuali negli edifici residenziali sono il tasso di infiltrazione dell'aria e la trasmittanza termica delle pareti. I risultati dell'analisi parametrica del sistema, invece, mostrano che, se adeguatamente dimensionato e integrato, un LFC può fornire una fonte di energia affidabile ed economica per il condizionamento degli ambienti, evidenziando il potenziale delle tecnologie CSP nel contesto mediterraneo e offrendo approfondimenti sulla loro più ampia applicazione in regioni con condizioni climatiche simili. Sfruttando strumenti di simulazione come IES-VE e TRNSYS, lo studio fornisce informazioni fondamentali sulla fattibilità tecnico-economica dell'integrazione CSP-LFC nel mondo delle costruzioni, contribuisce all’attuale discussione sulla progettazione energetica sostenibile ed efficiente e offre un riferimento per i responsabili politici, i ricercatori e gli stakeholder del settore che mirano a ottimizzare l'integrazione delle energie rinnovabili nel clima mediterranei.