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SIGS

Sistema integrato geotermico solare di riscaldamento e raffrescamento in logica smart grid

Responsabile scientifico: Prof. Ing. Umberto Desideri


Partners

1. TOSCANA ENERGIA GREEN SPA (Capofila)
2. Università degli Studi di Pisa DESTEC
3. Dipartimento di Scienze della Terra Dipartimento di Scienze della Terra
4. Istituto di Informatica e Telematica (IIT) – Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)
5. Scuola Superiore Sant'Anna Istituto di Management
6. Scuola Superiore Sant'Anna Istituto DIRPOLIS
7. SAMMINIATESE POZZI S.R.L.
8. Terra Energy Srl
9. CNR Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di Scienza e Tecnologie dell'Informazione "A. Faedo"

Descrizione ed obiettivi del progetto
Il progetto mira all’ottimizzazione in ottica smart grid delle problematiche di condizionamento e riscaldamento di un edificio ad uso direzionale con elevata integrazione delle energie rinnovabili.
Alla base della ricerca c’è l’utilizzo della fonte geotermica a bassa temperatura (sonde e pozzi), l’utilizzo di pompe di calore ad alta efficienza e l’integrazione dei consumi con l’energia prodotta da un sistema fotovoltaico. Oltre ai contributi di innovazione nelle singole attività, il progetto mira a considerare il problema della climatizzazione dell’edificio considerandolo come un unico elemento composto da generatori, accumuli, utenze ed un sistema di controllo in grado di gestire l’impianto ed i singoli ambienti. Particolare attenzione è posta, ad esempio, al dimensionamento di accumuli termici ed alla gestione dei carichi e del microclima degli ambienti per risolvere le asincronicità tra produzione e carico e ottimizzare la gestione tecnico-economica dell’impianto mantenendo alto il benessere psicofisico degli utenti dell’edificio.


Il progetto ha 6 obiettivi operativi:
• Obiettivo operativo 1 (OO1): Conoscenze di base geologico-geotermiche e delle specifiche tecniche
• Obiettivo operativo 2 (OO2): Realizzazione dell'impianto dimostrativo
• Obiettivo operativo 3 (OO3): Studio, Progetto e Sviluppo di Sistemi ICT per l’Efficienza Energetica del Sistema Edificio • Obiettivo operativo 4 (OO4): Verifica funzionale e validazione del progetto
• Obiettivo operativo 5 (OO5): Analisi e valutazione degli aspetti giuridici (normativi e procedurali) relativi alla realizzazione dell’impianto e ai suoi potenziali sviluppi applicativi
• Obiettivo operativo 6 (OO6): Valutazione degli aspetti economico-ambientali per supporto alla definizione del modello di business associato alla soluzione impiantistica sviluppata

Il DESTEC è coinvolto sugli obiettivi 1, 2, 3 e 4 ed in particolare:
- Nell’obiettivo 1, il DESTEC partecipa alla selezione dell’edificio oggetto dell’indagine, alla stima delle sue necessità di energia termica, frigorifera ed elettrica ed allo sviluppo di modelli numerici in grado di descrivere il funzionamento dei suoi impianti. L’analisi si estende, inoltre, allo studio ed ottimizzazione dell’impianto a pompa di calore geotermica più adatto all’edificio ed alle potenzialità offerte dal sito per l’utilizzo di impianti fotovoltaici per la copertura dei consumi degli impianti di climatizzazione. Inoltre, sono anche studiati e valutati possibili accumuli termici per disaccoppiare la generazione e l’utilizzo dell’energia termica.
- Nell’obiettivo 2, DESTEC è coinvolto nella fase di progettazione e realizzazione degli impianti di climatizzazione e degli annessi accumuli termici sulla base dei modelli e delle analisi precedenti.
- Nell’obiettivo 3, DESTEC darà il proprio contributo nello sviluppo degli algoritmi di gestione degli impianti dell’edificio selezionato con l’obiettivo di ottimizzare l’efficienza energetica complessiva. A tal fine si interverrà sul funzionamento dei generatori di energia termica e frigorifera, sugli accumuli e sulla gestione del microclima nei singoli ambienti.
- Nell’obiettivo 4, DESTEC contribuirà alla fase di monitoraggio degli impianti (su lungo periodo e con condizioni di funzionamento differenti) al fine di acquisire dati sul reale funzionamento e provvedere alle necessarie migliorie per correggere eventuali comportamenti inattesi.

Description and objectives of the project

The project aims at optimizing the conditioning problems of a building with a high integration of renewable energies. The project is based on the use of low temperature geothermal sources, high efficiency heat pumps and potential coverage of electric consumption by using a photovoltaic system.

The project aims at considering the problem of building conditioning as if it were a single system made up of generators, storages, users and control units able to manage both storages and room temperatures. Particular attention is put, for example, to decouple thermal generation and loads by using properly designed thermal storages and advanced management techniques of load and room microclimate. The optimization of the technical-economic performance of the plant is the ultimate purpose of the project.

The project has 6 operational objectives:
• Objective 1 (OO1): Acquisition of basic geological-geothermal data and technical specification definition
• Objective 2 (OO2): Implementation of the demonstration plant
• Objective 3 (OO3): Study, Design and Development of ICT Systems for Energy Efficiency of Building System
• Objective 4 (OO4): Assessment and validation of the project
• Objective 5 (OO5): Analysis and evaluation of the legal aspects (regulatory and procedural) related to the construction of the plant and its potential application developments
• Objective 6 (OO6): Evaluation of the economic-environmental aspects to support the definition of a business model associated with the solution developed

DESTEC is involved in objectives 1, 2, 3 and 4 and in particular:
• In Objective 1, DESTEC participates in the selection of the building object of the investigation and in the estimation of its thermal, cooling and electrical energy needs. In addition, specific models will be developed to describe the build and plant operation conditions during different seasons. The analysis also extends to the study and optimization of the geothermal heat pump and the photovoltaic system. Furthermore, thermal storages for decoupling generation and use of thermal energy are also studied.
• In objective 2, DESTEC is involved in the design and construction phase of conditioning systems and related thermal storages based on the previous models and analyses
• In Objective 3, DESTEC will contribute to the development of building management algorithms with the aim at optimizing overall energy efficiency. The algorithms will manage the operation of thermal generators, storages and microclimate of specific rooms.
• In Objective 4, DESTEC will contribute to the monitoring phase of the plants (over a long period and with different operating conditions) to acquire data on the actual operation of the system. This analysis will provide the necessary data to detect and correct any unexpected behavior of the plant.