Analisi e monitoraggio di un impianto di solar cooling presso l'Idroscalo di Milano

The air conditioning market is fast growing worldwide driven by the demand for increasing living standards and comfort. In Italy the consequent increase of electricity consumption during summer in the last decades has made the warm season peak grow as large as the cold season one. Thanks to recent system improvements, solar thermal energy can be used not only for heating, but also for summer air conditioning. As a consequence, energy demand has moved from electric to thermal source with considerable advantages: the reduction of peak demand for electric power during summer, the match between air-cooling demand and solar radiation availability, and the optimization of energy produced by solar thermal system on an annual basis. Through the use of thermal machines, driven by heat source (solar collectors), solar cooling systems supply chilled water to the users. The present thesis deals with a solar cooling plant, located in Milan Idroscalo area, as a part of the European program HighCombi. The innovative aspect of this plant is the combination of the solar ‘combisystem’ (i.e. solar and heat pump in winter) and solar cooling system (using absorption chiller in summer) along with innovative seasonal storage device. This allows to reach high levels of COPel all over the year, from 2.49 to 3.19, representing an increase of 22% compared to air-water heat pumps systems. This thesis aims to analyze the data of the monitoring system, make the plant operational through the implementation of changes into the control strategy, and validate the TRNSYS model. In addition, I conducted simulations to assess the plant feasibility and performance in different scenarios in order to optimize it.

Il mercato della climatizzazione estiva degli ambienti è in continua crescita nel mondo ed è direttamente influenzato dall’aumento degli standard abitativi e dalle esigenze di comfort. Questo ha portato negli ultimi decenni ad un aumento del consumo di energia elettrica in estate, tanto da far coincidere il picco annuale dei consumi elettrici italiani nella stagione calda e nella stagione fredda. Grazie a recenti sviluppi in ambito impiantistico è possibile sfruttare l’energia solare termica non solo per il riscaldamento degli ambienti, ma anche per il condizionamento estivo spostando il fabbisogno energetico da elettrico a termico con notevoli vantaggi: la riduzione dei picchi di richiesta in potenza elettrica durante l’estate, la coincidenza tra carichi di climatizzazione e disponibilità di radiazione solare e in ultimo un migliore sfruttamento dell’energia prodotta dal solare termico su base annuale. Tutto ciò è reso possibile grazie alla tecnologia denominata solar cooling che, attraverso l’utilizzo di macchine termiche, è in grado di fornire acqua refrigerata alle utenze partendo da una sorgente calda (i collettori solari). La presente tesi di laurea tratta di un impianto italiano, che fa parte del più ampio progetto europeo HighCombi, installato presso l’Idroscalo di Milano. L’innovazione di questo impianto consiste nell’utilizzo di una macchina ad assorbimento nella stagione estiva e di una pompa di calore acqua-acqua nella stagione invernale. Quest’ultima utilizza come sorgente di calore l’energia prodotta dai collettori solari e accumulata all’interno di serbatoi. Questo permette di raggiungere elevati COPel lungo tutto l’anno con un aumento del 22% da 2.49 a 3.19 rispetto ad un impianto che utilizza solo pompe di calore aria-acqua. Gli obiettivi di questa tesi sono quelli di analizzare i dati di monitoraggio dell’impianto, renderlo operativo, operando modifiche alla logica di controllo, e validare il modello di TRNSYS precedentemente elaborato. In seguito sono state effettuate delle simulazioni per valutare il funzionamento e le prestazioni del sistema in diverse condizioni per procedere alla sua ottimizzazione.