Sistema di monitoraggio energetico di edifici

The project developed during the PhD period aims to design, develop, implement and verify an innovative system of sensors and algorithms of data processing, which makes it possible for an accurate survey and assessment of the main environmental and energy parameters in buildings. The work has been included in the project SIMEA (Integrated/Distributed Energy Monitoring and Environmental), funded by the Region of Veneto in the "Strategic Plan for Scientific Research, Technological Development and Innovation 2008-2010". The sensor system is designed to produce the energy/operating building profile to be used for: - the purpose of certification of buildings; - the process of energy audits to improve the working conditions and comfort; - to promote the maximization of resources through an intelligent automatic control. The theory concerning the energy efficiency of buildings is based on a compromise between comfort and consumption and, in fact, all the regulations are aimed to decrease (decrease) the power consumption without compromising the comfort of the internal environment in which people are living. For this purpose, in the project of thesis have been considered, among others, UNI EN 15251:2007 which has the purpose to define which are the components to ensure the indoor comfort and UNI EN 15603:2008 which explains in detail the types of energy certifications. The sensor system developed is based on the latter regulation. The technical literature presents several studies aimed at defining the effective energy assessment of the building and if it can be certified with a methodology based on performing calculations or measurements made in situ. It can be concluded that the procedures are not discriminating but complementary: methods of calculation are used for an assessment of the standard type, implemented by software tools, while the monitoring system are used for assessment of the real consumption. The sensor system developed tries to satisfy the need to use a methodology based on monitoring the real behavior of building-plant but supported, for assessment of the energy consumption, by a calculation software validated at international level. The hardware part of the monitoring system is formed by a series of sensors for the measurement of various thermohygrometric parameters and is divided into two networks that differ by type and objectives: the structure in the fixed network (wired) and the structure in the mobile network (wireless). The development of the PhD project made it possible for monitoring with the system of sensors installed; this system permits not only the calculation of current consumption but also to define a short-term forecasts for the next day. In particular, the forecasts have been carried out in two modes: - estimation of consumption with air conditioning on and the setpoint temperature; - estimation of the temperature in free evolution with the conditioning system off. The final part of the work was devoted to the validation of the predictions made and the use of the sensor network for other purposes that could expand the potential of the monitoring system developed.Il lavoro sviluppato nell’ambito del dottorato di ricerca ha l’obiettivo di progettare, sviluppare, realizzare e verificare un sistema innovativo di sensori, e relativi algoritmi di elaborazione dei dati, che permetta di effettuare una rilevazione e una valutazione precise dei principali parametri ambientali ed energetici negli edifici. Il progetto è stato inserito all’interno di un progetto sovvenzionato dalla Regione Veneto nell’ambito del “Piano strategico per la ricerca scientifica, lo sviluppo tecnologico e l'innovazione 2008-2010” denominato SIMEA (Sistema Integrato/distribuito di Monitoraggio Energetico ed Ambientale). La rete di sensori ha lo scopo di produrre il profilo energetico/operativo dell’edificio per essere successivamente utilizzato: - ai fini della certificazione, per elaborare degli audit energetici in modo da migliorare le condizioni operative e di comfort; - per incentivare l’utilizzo ottimizzato delle risorse attraverso un controllo automatico intelligente; - per ricavare informazioni utili alle procedure di manutenzione. La teoria riguardante l’energetica degli edifici si basa sul sottile compromesso tra comfort e consumi e, infatti, tutte le normative sono volte a cercare di abbassare i consumi non compromettendo il comfort dell’ambiente interno dentro cui le persone vivono. A questo scopo, nel lavoro di tesi sono state considerate, tra le altre, la norma UNI EN 15251:2007 che definisce quali sono le componenti per assicurare il comfort indoor e la UNI EN 15603:2008 che specifica le tipologie di certificazione energetica; ed è proprio a quest’ultima che si riferisce il sistema di sensori sviluppato. La letteratura tecnica presenta numerosi studi volti a definire l’effettiva valutazione energetica di un edificio e se questa possa essere certificata con una metodologia basata su esecuzione di calcoli oppure su misure eseguite in loco. Si può concludere che i procedimenti non sono discriminanti ma complementari: i metodi di calcolo servono per una valutazione di tipo standard, implementata spesso da strumenti software, mentre i monitoraggi sono utilizzati per una valutazione reale dei consumi. Il sistema di sensori sviluppato cerca di soddisfare l’esigenza di utilizzare una metodologia basata sullo sfruttamento dei monitoraggi per la valutazione ad hoc del comportamento reale edificio-impianto ma supportato, per la valutazione del consumo energetico, da un software di calcolo validato a livello internazionale. La parte hardware del sistema di monitoraggio è formata da una serie di sensori per la misura delle varie grandezze termoigrometriche ed è diviso in due reti che differiscono per tipologia e obiettivi: la struttura a rete fissa, cablata, e la struttura a rete mobile, wireless. Lo sviluppo del progetto di dottorato ha permesso di utilizzare i monitoraggi eseguiti con il sistema di sensori installato, non solo per il calcolo dei consumi attuali ma per realizzare anche delle previsioni a breve termine, ovvero per il giorno successivo. In particolare le previsioni effettuate sono state eseguite in due modalità: - stima dei consumi con impianto di climatizzazione acceso e temperatura di setpoint impostata; - stima della temperatura in evoluzione libera con impianto spento. La parte conclusiva del lavoro è stata dedicata alla validazione delle previsioni eseguite nonché all’utilizzo della rete di sensori per altri scopi che potessero ampliare le potenzialità della sistema di monitoraggio sviluppato