Sviluppo di un sistema di misura basato su termo-visione per il monitoraggio dei flussi termici scambiati dall'ambiente abitativo ed il relativo comfort

Research in energy efficiency of buildings has grown widely in the last years also supported by Directive of Energy Performance of Building (EPBD). Recent study focuses on technical implementation of the sensor inputs and the thermal models integration to take intelligent decisions, in almost real-time, regarding the operation of the building and its subsystems. This thesis deals with a new approach based on indoor measurements by an infrared camera and image post-processing to derive distributed information on human body surrounding temperatures to be used for a more efficient control. Thermography in buildings is a well-known technique in diagnostics, predictive maintenance of electrical installation as well as in insulation deficiencies and thermal bridges evaluations, air leakage detection and moisture content mapping. The innovation behind the proposed infrared imaging approach consists in involving a compact and low-cost thermographic system automatically controlled in position. A lumped parameter model of the room receives in input the information extracted from image processing to compute exchanged heat rate and thermal comfort. The aim is to provide in real-time the room thermal unbalance information in an efficient and accurate way. The evaluation of different conditions of room’s zones is potentially suitable for multipoint modular HVAC control for energy saving aims e.g. in large spaces. Moreover, this study aims at demonstrating the feasibility of the monitoring system, and in this phase, it is not focused on the energy consumption of the whole system respect to the energy saving that can be reached with it. A sensitivity analysis of the method is performed in order to identify and quantify main measurement uncertainty sources. Results from the real application of the technique in an office room are presented. The possibility of further integrate energy information derived from the developed monitoring device (e.g. PMV - Predictive Mean Vote, PPD - Predicted Percentage Dissatisfied, room air temperature as output, humidity value from external sensor as input) within an Energy Information Integration Platform (EIIP), an advanced data repository application, has been demonstrated.

La ricerca nell’ambito dell’efficienza energetica degli edifici è cresciuta molto negli ultimi anni, supportata anche dalla direttiva europea sul rendimento energetico degli stessi (EPBD - Energy Performance of Buildings Directive). Recenti studi si concentrano sugli aspetti tecnici dell'integrazione di modelli termici degli edifici con la sensoristica, in modo da attuare decisioni intelligenti in tempo reale ed ottimizzare il funzionamento dell’edificio ed i suoi sottosistemi. In questa tesi si propone un nuovo approccio, basato su misure termografiche di un ambiente interno attraverso l’utilizzo di una termocamera ad infrarossi ed algoritmi di processamento. Ciò consente di ricavare informazioni di scambio termico e di comfort della stanza monitorata, al fine di controllare in modo più efficiente i sistemi di riscaldamento/raffrescamento. La termografia applicata agli edifici è una tecnica ben nota in diagnostica, in manutenzione predittiva di impianti elettrici, così come nell’ispezione di isolamento termico, valutazioni di ponti termici e di mappatura dei contenuti di umidità nelle strutture. L'innovazione alla base dell'approccio proposto, consiste nello sviluppo e nell’applicazione di un sistema termografico compatto e a basso costo controllato automaticamente in posizione. Un modello a parametri concentrati della stanza riceve in input le informazioni estratte dalla elaborazione delle immagini termiche, per calcolare il calore scambiato e il comfort termico. La valutazione delle diverse condizioni di benessere, nelle varie zone della stanza permetterebbe, potenzialmente, un controllo distribuito e modulare dell’impianto di condizionamento al fine di ridurre il dispendio energetico soprattutto in spazi di grandi dimensioni (uffici open-space, musei,..). Inoltre, questo studio mira a dimostrare la fattibilità del sistema di monitoraggio stesso, senza valutarne il consumo energetico rispetto al risparmio generato dalla sua applicazione. Un'analisi di sensibilità del modello è stata effettuata al fine di identificare e quantificare le principali fonti di incertezza. I risultati ottenuti dall’applicazione del sistema ad un caso reale, ad una stanza di tipo ufficio, hanno confermato l’effettiva applicabilità del sistema. E’ stata infine dimostrata la possibilità di integrare le informazioni in output, come il calore scambiato dall’ambiente e il comfort (es. PMV - voto medio previsto, PPD - percentuale di insoddisfatti e temperatura dell'aria dell’ambiente) con il valore di umidità proveniente da un sensore esterno, in modo da ricalibrare in tempo reale il modello a parametri concentrati. A questo scopo, nell’ambito del progetto europeo “Intube” (Intelligent Use of Building Energy Information), è stata sviluppata un’interfaccia di comunicazione con una piattaforma informatica di integrazione (EIIP- Energy Information Integration Platform).