La simulazione dinamica e i vantaggi nell’applicazione impiantistica per la riqualificazione energetica

Un caso studio

La simulazione dinamica, che si sta progressivamente affermando come metodo di calcolo utilizzato in maniera diffusa, al fine di stimare il fabbisogno energetico del sistema fabbricato-impianto ed i consumi di energia, si basa su un’analisi dettagliata del comportamento dell’edificio, con lo scopo di realizzare valutazioni delle prestazioni energetiche sempre più affidabili e rappresentative della realtà. 

I principali dati di input ai fini del calcolo riguardano i parametri rappresentativi delle caratteristiche energetiche dell’involucro e degli impianti, tenendo conto dei fattori dinamici e delle variabili connesse all’utilizzo da parte degli occupanti che influenzano il sistema dal punto di vista energetico, sulla base di dati climatici orari relativi al sito in cui si colloca il sistema analizzato.  Si ottengono, come output di calcolo, informazioni utili al fine di effettuare una previsione del fabbisogno energetico aderente alla realtà. 

Il professionista, di conseguenza, è in grado di scegliere le migliori soluzioni tecnologiche ed impiantistiche per ottimizzare la resa e garantire un risparmio energetico ed economico. Risulta evidente come la complessità del calcolo dinamico, data la notevole quantità di dati di input da gestire ed elaborare, garantisca una maggiore accuratezza dei risultati rispetto ai metodi di calcolo semplificati, fornendo dei risultati dettagliati su base oraria. 

L’utilizzo del metodo di calcolo dinamico risulta inoltre particolarmente adeguato per l’analisi di sistemi impiantistici in edifici esistenti, proponendosi come strumento utilizzabile al fine di un’analisi energetica volta all’individuazione delle tecnologie impiantistiche applicabili maggiormente adatte al caso specifico trattato.

Il caso studio proposto riguarda l’applicazione della simulazione dinamica al fine di individuare la soluzione progettuale più conveniente dal punto di vista energetico ed economico in relazione all’intervento di sostituzione di un generatore di acqua refrigerata a servizio di un complesso industriale farmaceutico situato nel canavese, in provincia di Torino.

L’intervento riguarda la sostituzione di uno dei tre gruppi frigoriferi presenti, mediante il ricorso alle ultime tecnologie proposte nel mercato della refrigerazione, che garantiscono i massimi rendimenti energetici (connessi a valori elevati di EER, Energy Efficiency Ratio), al fine di ottenere una riduzione dei consumi energetici e conseguentemente un risparmio economico. Le soluzioni prese in considerazione riguardano tecnologie basate sulla condensazione ad aria, in funzione delle caratteristiche specifiche del sito, che rendono difficilmente adottabile un sistema con condensazione ad acqua. 

I tre gruppi frigo allo stato attuale, ciascuno di potenza frigorifera pari a 1500 kWf, dotati di sistema di condensazione ad aria, presentano un collegamento in parallelo; lo scopo dell’analisi effettuata risiede nell’individuazione della migliore soluzione progettuale al fine della sostituzione del generatore con numero più elevato di ore di funzionamento.

I dati riguardanti i consumi registrati negli ultimi tre anni, monitorati in situ, riportano informazioni sulle percentuali di corrente assorbita da ogni gruppo frigo su base oraria; in particolare, la Figura 1 mostra il consumo di energia elettrica riferito all’anno 2014, in cui è stato possibile ricavare per il profilo completo relativo alla stagione di raffrescamento considerata. L’analisi condotta si è basata sui dati climatici orari reali (con riferimento in particolare ai valori di temperatura dell’aria esterna), rilevati in situ, relativi alle stagioni climatiche analizzate.

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Figura 1 - Consumo mensile di energia elettrica - anno 2014

Le principali caratteristiche dei gruppi frigoriferi sono state ricavate da schede tecniche. Al fine di valutare le effettive condizioni di funzionamento dei sistemi installati, è di fondamentale importanza sottolineare il vantaggio nell’utilizzo di un metodo di calcolo dinamico, basato sui dati orari riguardanti la reale temperatura dell’aria esterna, registrati mediante sonde in ambiente. 

L’efficienza energetica dei gruppo frigorifero presenti, dotati di sistema di condensazione ad aria, è infatti immediatamente correlata alla temperatura dell’aria esterna, al fine di individuare l’effettiva temperatura di condensazione; è stato rilevato che per il 95% del totale delle ore di funzionamento la temperatura di condensazione si attesta su valori inferiori a 30 °C, mentre solo per il restante 5% raggiunge valori intorno ai 35 °C. La Figura 2 mostra i valori di EER in funzione del fattore di carico FC, in riferimento ad una temperatura di condensazione pari a 30 °C. Per la definizione dell’EER a carico parziale, si è fatto riferimento alla normativa UNI/TS 11300-3, che fornisce una previsione dell’andamento del valore di EER in funzione dei vari fattori di carico FC.

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Figura 2 - Valori di EER (Tcond=30 °C)

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