Sistemi Multi Energia per gli edifici

Nell’era moderna il concetto di ibrido non è più visto come “né carne né pesce”, un qualcosa cui manca una caratteristica per poter essere definito convenzionale, ma viene interpretato come dotato di multiproprietà tale da non poter esser definito solo in un modo. È quello che accade con i sistemi multienergia, dove si parla di un sistema energetico ibrido in cui viene sfruttata la combinazione di una o più fonti energetiche che alimentano il medesimo convertitore energetico, il tutto per superare le limitazioni che caratterizzano ciascuna fonte e ciascun convertitore presi singolarmente.

In questi sistemi sono presenti molteplici convertitori in grado di far fronte a una o più richieste energetiche, e si distinguono da quelli standardizzati alimentati da un’unica fonte energetica. Proprio la non prevedibilità di produzione d’energia rinnovabile (si possono solo ipotizzare e stimare irraggiamento, velocità del vento ecc., ma non esserne certi) ha spinto il mercato verso una richiesta multi energetica, combinando le fonti rinnovabili con le fonti convenzionali.

I sistemi multienergia sono tipici dei sistemi energetici a servizio delle Passivhaus, delle Zero Energy Home, degli edifici ZED (Zero Energy Development) e di tutti gli edifici terziari in cui si sfruttano combinazioni di diverse fonti energetiche. Tali sistemi comprendono cogeneratori, captatori solari termici e fotovoltaici, turbine eoliche, pompe di calore geotermiche, caldaie a biomassa.
Questi sistemi non sono di facile gestione, vista la natura intermittente delle fonti rinnovabili piuttosto che l’ampia possibilità di scelta per i convertitori energetici e delle possibili configurazioni del sistema.
Vista la complessità di questi sistemi, si rende necessario l’utilizzo di modelli di calcolo dettagliati che permettano di valutare le possibili alternative progettuali. Essenzialmente esistono due famiglie di modelli:

1. modelli delle serie temporali (attualmente in uso): la prestazione del sistema è simulata per ogni intervallo di tempo (time step). Tali modelli effettuano il bilancio energetico su tutti i flussi in ingresso e in uscita da ciascun componente del sistema e possono richiedere una o più informazioni inerenti le tecniche e le strategie di funzionamento per procedere da un time step all’altro;

2. modelli statistici (i primi ad essere stati utilizzati): la prestazione del sistema è determinata su un intervallo di tempo più ampio dei precedenti modelli (dati mensili e/o annuali), e gli effetti della variabilità delle grandezze in ingresso che riguardano una scala temporale inferiore rispetto a quella adottata sono presi in considerazione attraverso opportuni indicatori di tipo statistico dei dati in ingresso.

Per ricercare una configurazione ottimale del sistema multi energia si ricorre alle tecniche di ottimizzazione, anche se per sistemi semplici si preferisce operare una selezione. L’algoritmo di ottimizzazione da adottare dipende dalla natura delle variabili decisionali, della funzione obiettivo e dei vincoli del problema, oltre che dalla natura del modello di calcolo. Tali algoritmi possono essere di tipo lineare, ma anche genetici.
Le tecniche di selezione si appoggiano su criteri decisionali, utilizzati da molti software di calcolo. Alcuni di questi software, che simulano il comportamento dei sistemi multi energia e ottimizzano le prestazioni sono:
– TRNSYS
– EnergyPlus
– HOMER (Micropower and distributed generation optimization model)
– RETScreen International
– DER-CAM (Distributed Energy Resources-Customer Adoption Model)
– HOGA (Hybrib Optimization by Genetic Algorithms)
– Hybrid2
– FACES (Forecasts of Air Conditioning system’s Energy environmental and economical performance by Simulation)
– MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental impact)

Questi software non hanno la stessa natura e non sono nati per il medesimo scopo. Alcuni sono stati concepiti per ottimizzare/selezionare sistemi energetici ibridi (HOMER e RETScreen), mentre altri hanno avuto origine come simulatori energetici per gli edifici e dei relativi impianti (EnergyPlus), altri ancora permettono di costruire un type specifico per un particolare componente di un sistema multi energia (TRSYS).
Raramente però è stata considerata affrontata l’interazione tra il comportamento energetico dell’edificio e la prestazione del sistema energetico.
Si aspettano pertanto le implementazioni per far fronte anche a questo importante aspetto energetico.

Articolo di Roberta Lazzari

Fonti
Aicarr Journal #8 maggio-giugno 2011


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