Analysis of Monitoring Data and Simulation of Seasonal Energy Performance of the GS-GAHP System Installed in the Kindergarten Building of Oulx, Turin

The variety of climatic conditions on the Italian territory leads up to different energy-efficient design solutions for the heating and cooling systems. The purpose of this paper is the analysis of a real case study, the kindergarten building of Oulx, a district in the province of Turin characterized by a particularly cold climate (climate zone F, heating degree days 4100, 1100 m above sea level) and, consequently, high heating loads. Due to the characteristics of the location and of the building use, a ground-source gas absorption heat pump (GS-GAHP) has been installed (nominal power of 40 kW). A careful system design is needed, in order to avoid oversizing of the heat pump unit and of the ground-coupled heat exchangers. In addition, the system requires a proper management during its lifetime. For these evaluations, we present a GSHP model for an integrated analysis and simulation of all the involved subsystems: borehole heat exchangers, ground thermal response, end-user behavior, and operative performance of the heat pump unit and of the possible back-up generator. The analysis of the monitoring data, available from the 20th of March to the 7th of May 2013, highlights some of the characteristics of GS-GAHP systems and defines the input variables to the model. The simulation tool allows to predict the evolution of the system energy performance till the end of its lifetime, determine an optimized control strategy in terms of energy savings for the heating system, and evaluate possible design alternatives.

In Italia si riscontra un’ampia casistica di condizioni climatiche che, in un’ottica di riduzione dei consumi energetici, possono determinare soluzioni impiantistiche molto diverse. In questa memoria si vuole esaminare l’esempio concreto della scuola d’infanzia del comune di Oulx (TO), località caratterizzata da clima particolarmente rigido (zona climatica F, gradi giorno 4100, quota 1100 m s.l.m.), con conseguenti elevati fabbisogni energetici per il servizio di riscaldamento. Date le caratteristiche del luogo e dell’utenza, è stato installato un impianto con pompa di calore ad assorbimento terreno-acqua (potenza nominale 40 kW). Tale sistema necessita non solo di un’attenta progettazione (al fine di evitare inutili sovradimensionamenti della macchina opera-trice e degli scambiatori col terreno), ma anche di una corretta gestione durante la sua vita utile. Per le suddette valutazioni, si presenta un modello di calcolo di sistemi GSHP che svolge un’analisi integrata, simulando tutti i sottosistemi in gioco: gli scambiatori verticali col terreno, la risposta termica del terreno stesso, il comportamento dell’utenza e le prestazioni operative della pompa di calore e dell’eventuale sistema di integrazione. Sono analizzati i dati di monitoraggio disponibili, relativi al periodo di riscaldamento dal 20 marzo al 7 maggio del 2013, per evidenziare alcune caratteristiche dei sistemi GS-GAHP e definire le variabili di ingresso al modello. Lo strumento di simulazione consente di prevedere l’andamento delle prestazioni energetiche del sistema fino alla fine della sua vita utile, di determinare una strategia ottima di controllo dell’impianto in termini di risparmio energetico e di valutare possibili alternative progettuali.