Report RdS/2013/120. Simulatore di reti di edifici per la messa a punto di strategie di controllo. Applicazione e validazione sperimentale su una rete di edifici

La presente relazione tecnica riporta una descrizione dell’attività svolta per lo sviluppo di un simulatore di consumi energetici di edifici e di reti di edifici. L’idea di base è quella del “cluster” di zone connesse tra loro da reti energetiche termiche ed elettriche. In questa ottica, l’edificio (in questo caso la palazzina F40 del C.R. ENEA- Casaccia) può essere visto come un cluster di stanze e il quartiere o la via possono essere visti come cluster di edifici (in questo caso la smart street e la microrete energetica a servizio degli edifici F66- F73 del C.R. ENEA- Casaccia). Lo sviluppo del simulatore si è concentrato particolarmente sulla simulazione dei consumi energetici per il riscaldamento e per la climatizzazione; infatti la simulazione degli altri carichi elettrici (illuminazione) è stata l’oggetto del PAR precedente. Il software è sviluppato in ambiente Matlab/Simulink; il cuore del programma è un software open source (HAMbase) che permette di simulare l’edificio. HAMbase tuttavia è solo un blocco di tutta la struttura sviluppata (che comprende centrale termica, ventilconvettori, collettori di mandata e di ritorno, valvole regolatrici…). Il software sviluppato è predisposto per poter sostituire sia i dati generati da HAMbase (temperatura interna, umidità relativa) sia i dati meteorologici, con dati reali provenienti da una centralina meteo e da reti di sensori installati nell’edificio. In particolare, per il PAR 2012 il software di simulazione sviluppato è stato applicato su tre modelli: un modello dell’edificio F40 a 57 zone; un modello dell’edificio F40 a 15 zone; un modello di cluster di edifici della smart street ENEA (edifici F66-F73). Per ciascun modello, sono state svolte simulazioni per due località (Ancona e Roma), in differenti stagioni (estate ed inverno), in modalità free-running e con regolazione mediante termostato. Il simulatore permette di modellare controlli per ciascuna unità minima modellata (zona). I principali controlli modellati sono quelli implementati realmente sulla palazzina F40 reale, vale a dire: i) controllo sull’accensione/spegnimento, regolazione della velocità dei singoli ventilconvettori; ii) temperatura di set-point in ogni ambiente; iii) differenti temperature di mandata dalla centrale termica (non attuabile per nell’F40). Il simulatore del cluster di edifici permette un grado di libertà in più nella regolazione della potenza fornita ai singoli edifici e alle singole zone di questi; a monte di ogni edificio è stata infatti modellata una valvola a tre vie che regola la portata di fluido termovettore che può essere inviata ad ogni stabile. Lo strumento sviluppato dimostra di essere molto potente e flessibile in quanto permette di simulare sia variabili ambientali interne all’edificio sia variabili energetiche nonché, potenzialmente, sistemi complessi di edifici (o reti di edifici, reti di teleriscaldamento) anche accoppiati a sistemi di generazione distribuita. In particolare, le variabili ambientali interne ed energetiche simulate potranno essere utilizzate per definire indici di comfort(ad esempio: PMV - Predicted Mean Vote, Voto medio previsto; PPD - Predicted Percentage of Dissatisfied, Percentuale di insoddisfatti) e di consumo (kWh/m3 condizionato; kWh/addetto) che potranno essere elaborati attraverso funzioni di ottimizzazione (fitness approximation) per la definizione di strategie ottimali di logiche di controllo per la massimizzazione del risparmio energetico. Queste strategie ottimali di controllo possono essere testate ed eseguite sul simulatore stesso in una ottica di miglioramento continuo.