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Tesi etd-04152019-115934


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
CONDOLEO, LILIANA
URN
etd-04152019-115934
Title
Elaborazione di un modello a parametri concentrati per la simulazione dinamica di impianti a radiatori
Struttura
INGEGNERIA DELL'ENERGIA, DEI SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSTRUZIONI
Corso di studi
INGEGNERIA ENERGETICA
Commissione
relatore Prof. Grassi, Walter
relatore Prof. Testi, Daniele
relatore Ing. Conti, Paolo
Parole chiave
  • simulazione dinamica
  • dynamic simulation
  • radiator
  • hydronic
  • HVAC
  • radiatori
Data inizio appello
09/05/2019;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
L’obiettivo di questo lavoro è lo sviluppo di un modello semplificato per la simulazione dinamica degli impianti di riscaldamento ad acqua. Lo scopo è analizzare la durata e i flussi energetici che si verificano nei transitori termici degli impianti e comprendere in quali scale di tempo è possibile modellare i sistemi di riscaldamento trascurandone la capacità termica. Si costruisce una rete termica equivalente a parametri concentrati del sistema edificio-impianto. I singoli nodi capacitivi rappresentano il generatore di calore, la rete di distribuzione, i corpi scaldanti (radiatori), le pareti interne ed esterne, l’aria interna ed esterna dell’edificio. Il modello tiene conto della ventilazione, della presenza di superfici vetrate nel locale, degli scambi radiativi con il cielo, della radiazione solare e degli apporti gratuiti interni.
La validazione è stata effettuata tramite il confronto delle potenze termiche scambiate dai terminali d’impianto valutate con il modello proposto e i modelli numerici monodimensionali presenti in letteratura. Si è concluso che esso è in grado di simulare il comportamento dinamico dell’impianto, senza l’utilizzo di alcun coefficiente di calibrazione, con un passo temporale minimo di 4 volte la costante di tempo del radiatore (circa 10 minuti per sistemi residenziali), con un errore inferiore al 5%.
Il modello è stato applicato a un caso studio: un appartamento di circa 100 m2 dotato di impianto di riscaldamento autonomo a collettore complanare. Si è analizzata la diversa dinamica del sistema in caso di utilizzo di terminali leggeri in alluminio o in ghisa. Inoltre, si è analizzato lo scostamento dei risultati rispetto a quanto ottenuto seguendo la metodologia spesso utilizzata nelle simulazioni dinamiche degli edifici, ovvero assumendo il comportamento “quasi-stazionario” dell’impianto per via del suo basso valore di capacità termica rispetto all’edificio. Si è osservato come questa assunzione porti a un errore fino all’80% nella stima dei flussi energetici su scale di tempo orarie e addirittura superiore per periodi di tempo più brevi. Si ritiene, quindi, che il modello sviluppato possa essere un utile strumento in quelle applicazioni (es. metodi di controllo predittivi) in cui è necessaria la simulazione del comportamento del sistema edificio-impianto in brevi intervalli di tempo.
In questo lavoro sono stati modellati unicamente impianti a radiatori per applicazioni residenziali. Futuri sviluppi riguardano l’applicazione del modello a edifici di più grandi dimensioni (es. condomini o edifici per il settore terziario) e ad altri terminali d’impianto (es. pannelli radianti). Inoltre, la semplicità del modello e la ridotta velocità di calcolo ne consentono l’implementazione all’interno di algoritmi per il dimensionamento e il controllo ottimizzato dei sistemi energetici.
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