Sviluppo di modelli dettagliati e scalabili di impianti HVAC per la co-simulazione di comunità energetiche rinnovabili = Development of detailed and scalable HVAC system models for co-simulation of renewable energy communities

La transizione energetica verso un futuro a basse emissioni di carbonio richiede soluzioni tecnologiche innovative, in grado di rispondere alla crescente domanda energetica globale e all’abbandono progressivo dei combustibili fossili. Le Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) rappresentano una risposta promettente, proponendo un modello basato sull’impiego di fonti sostenibili per sopperire ai consumi energetici del settore residenziale che, ad oggi, si configura tra i settori più energivori. Tuttavia, la crescente complessità di tali sistemi, caratterizzata da molteplici attori e tecnologie, rende necessaria l’adozione di strumenti di simulazione sempre più sofisticati, non solo per sostenere il progresso tecnologico in questo campo, ma anche per lo studio della fattibilità di queste iniziative sul territorio. In questo contesto, la seguente tesi si propone di analizzare la fattibilità e le eventuali prestazioni dell’insediamento di una comunità energetica nel comune montano di Frassinetto, situato nel nord Italia. Attraverso un’analisi di scenario sono stati coinvolti 100 edifici, al fine di valutare la combinazione ottimale tra prestazioni termofisiche dell’involucro edilizio, tipologia di sistemi di emissione e grado di penetrazione del fotovoltaico, che consenta di massimizzare le prestazioni della CER. Tale analisi è stata implementata mediante l’utilizzo della co-simulazione, una tecnica di simulazione avanzata che permette di combinare le potenzialità offerte da software diversi per garantire una rappresentazione del sistema notevolmente più accurata. Nello specifico, la modellazione degli impianti di riscaldamento delle abitazioni è stata eseguita in linguaggio Modelica mediante il software OpenModelica, mentre le caratteristiche termofisiche dell’involucro edilizio sono state modellate utilizzando EnergyPlus. L’integrazione tra i due software è stata realizzata all’interno di un ambiente di co-simulazione costruito su Python, con l’impiego della Functional Mockup Interface per consentire lo scambio di informazioni tra i modelli. Infine, sono stati definiti specifici indicatori di performance per fornire criteri oggettivi di valutazione per i diversi scenari. I risultati hanno mostrato come il paese di Frassinetto risulti adatto ad ospitare l’insediamento di una CER basata sull’utilizzo del fotovoltaico, la quale consentirebbe di soddisfare una buona parte del fabbisogno energetico locale. In particolare, si è constatato che la realizzazione di interventi di riqualificazione energetica consentirebbe una netta riduzione dei consumi energetici della comunità, migliorando sensibilmente anche l’indipendenza dalla rete elettrica. Inoltre, l’integrazione con i terminali operanti nelle ore di maggiore produzione fotovoltaica permetterebbe un migliore sfruttamento della risorsa solare, migliorando l’autoconsumo sia livello di singolo edificio sia a livello comunitario, e riducendo al contempo i prelievi dalla rete elettrica. I risultati dello studio effettuato ribadiscono il ruolo di queste iniziative nella riduzione dei consumi nel settore residenziale, sottolineando al contempo l’importanza di un approccio multi-piattaforma combinato con gli strumenti di co-simulazione per la modellazione di comunità energetiche su larga scala.