Analisi dinamica di generatori di nuova concezione per la riqualificazione energetica degli edifici

Two of the most recent innovations of thermo technique industry is the development of wall hung cogenerative gas boilers that adopt Stirling engines in combination with condensing heat exchangers, such machines are suitable for installation in single houses since the electric power is around 1 kW, and the development of hybrid systems constituted by an air source heat pump and a condensing boiler. However in order to justify the investments on the electric grids and to urge the simplification in laws, that makes now very difficult the installation, it is important to be able to quantify the primary energy savings achievable with such technologies; moreover because of the higher cost for the user it is also necessary to quantify the savings of money. For those reasons the aim of this work is the calculation of the energetic and economic performances of a Stirling engine microCHP, of a hybrid system and a heat pump with electric back up in comparison with a condensing gas boiler as reference case. Because of the necessity to work for a lot of hours during the year in order to be able to produce the savings suitable to the high cost of the machine, those kind of appliances are very suitable to be installed in old buildings, that even after improvements on insulations, have high thermal losses: for this reason the comparison was made on a detached house, built in 70’s in Milan. The simulations carried out using TRNSYS software show that the use of the Stirling microCHP gives advantages both in energetic and in economic terms, but they shown also that those advantages are higher with some working regimes and adopting sophisticated controls. Furthermore has sorted out that the hybrid system is able to improve the generation efficiency but just if a sophisticated control logic is adopted and that the heat pump with electric back up is not able to improve the generation efficiency.

Due recenti innovazioni nel settore termotecnico sono lo sviluppo di caldaie murali a gas cogenerative, ottenute mediante l’adozione di motori Stirling in combinazione con bruciatori e scambiatori a condensazione adatte a un contesto domestico e quello di sistemi di generazione ibridi gas-energia elettrica costituiti da una pompa di calore ariaacqua e da una caldaia a condensazione. Per giustificare gli investimenti per le trasformazioni della rete elettrica e la semplificazione normativa è importante quantificare i risparmi di energia primaria ottenibili con tali tecnologie; inoltre a causa del maggior costo iniziale è anche necessario quantificare i risparmi economici ottenibili con l’adozione di questo tipo di macchine. Inoltre per la necessità di funzionare per un elevato numero di ore annue per generare i risparmi necessari al rientro economico esse sono adatte ad essere installate in edifici di vecchia costruzione che, anche dopo interventi di miglioramento dell’isolamento, abbiano elevate dispersioni termiche: per tale ragione esse costituiscono un sistema per intervenire sul parco edilizio esistente. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è quello di valutare mediante simulazioni dinamiche le prestazioni energetiche ed economiche di una unità microCHP domestica, di un sistema ibrido e confrontarli con una caldaia a gas a condensazione e con una pompa di calore con integrazione elettrica su un edificio unifamiliare, costruito negli anni 70 e situato a Milano Le simulazioni effettuate hanno mostrato che l’unità microCHP presa in considerazione è in grado di generare risparmi economici e riduzione del fabbisogno di energia primaria, ma solo con un’adeguata conduzione dell’impianto e con l’adozione di sistemi di controllo sofisticati. Inoltre è emerso che il sistema ibrido può raggiungere un elevato rendimento di generazione, ma solo con l’adozione di logiche di controllo sofisticate, mentre al contario la pompa di calore con integrazione elettrica non è in grado di migliorare il rendimento di generazione nel caso esaminato.