Ottimizzazione della gestione di un impianto cogenerativo a servizio di un'utenza residenziale e del terziario : l'edificio Il Grattacielo a Milano

The Energy issue is a matter of grave importance in the development of modern society. The growing global demand for energy, the uncertainty on available sources in the future and the need to safeguard the environment are leaning more and more towards a social responsible consciousness eager to tackle the problem by any means offered to us by technology. As a result, the concept of energy saving is not intended as a sacrifice but as a rational use of available resources aimed at minimizing wastefulness. Cogeneration indeed is a valuable tool for the achievement of energy and cost saving as well as for the reduction of anthropogenic emissions. For this reason, in recent years Italian and European regulations have been giving incetives in order to spread this technology. Small sized cogeneration plants are particularly interesting as they can be installed in the residential and in the service sector and, for example, in recent years small sized cogeneration plants have been catching on in the power systems of hospitals. The aim of this thesis is to analyze the recently renovated power plant of a skyscraper in Milan which mainly consists of an internal combustion engine as a cogenerator. The study is based on the analysis of the energy loads of the building, the efficiency curves of the units, the value of energy goods used and the regulations that rule its trade. Once obtained the necessary data, the operation of the plant was simulated in each hour of a year by using an economic energy optimization software, which was also developed towards a more user friendly interface. Finally, the results were analyzed and improvement suggestions were made in order to reach significant economic and environmental benefits.

Il tema dell’efficienza energetica ha assunto negli anni un’importanza sempre crescente nelle politiche energetiche dei paesi più industrializzati. Questo è dovuto principalmente alla crescente domanda mondiale di energia, all'incertezza riguardo le fonti disponibili nel futuro e alla necessità di salvaguardare l'ambiente. A questo proposito, la cogenerazione rappresenta un valido strumento per il conseguimento del risparmio energetico ed economico e per la conseguente riduzione delle emissioni di gas serra. Per questo motivo negli ultimi anni questa pratica è stata oggetto, in ambito italiano ed europeo, di normative incentivanti che potessero aiutarne la diffusione. Particolarmente interessanti risultano poi gli impianti cogenerativi di piccola taglia, installabili presso utenze residenziali do del terziario. Questi negli ultimi anni si stanno diffondendo sempre più ad esempio negli impianti energetici di complessi condominiali, strutture sportive e strutture ospedaliere. Questo lavoro di tesi si propone di analizzare l'impianto energetico recentemente rinnovato dell'edificio "Il Grattacielo" di piazza Repubblica a Milano, costituito da un motore a combustione interna cogenerativo, due pompe di calore a compressione geotermiche reversibili e un accumulo termico. Partendo dai dati aggregati dei fabbisogni energetici dell'edificio e dal tipo di unità presenti nello schema d'impianto sono stati ricostruiti gli andamenti orari dei carichi da soddisfare e le curve caratteristiche delle macchine presenti. Sono stati inoltre studiati il valore dei beni energetici utilizzati e le normative che ne regolano gli scambi. Una volta ricavati i dati necessari si è simulato il funzionamento dell'impianto in ogni ora di un anno solare utilizzando un modello matematico di ottimizzazione economico-energetica preesistente, del quale è stata inoltre sviluppata un'interfaccia user friendly in grado di automatizzare il pre- e post-processing dei dati. Lo scopo è trovare una logica di funzionamento dell'impianto energetico che permetta di ottenere il massimo risparmio economico. Successivamente sulla base dei risultati ottenuti è stata proposta una modifica nella struttura dell'impianto. Quest'ultima è stata a sua volta testata a mezzo delle simulazioni per verificarne gli eventuali benefici economici apportati.