Strategie Decisionali per il Retrofitting del Sistema Energetico in Comunità Energetiche Sostenibili Basate sulla Simulazione di Archetipi di Edifici

Abstract

Questa tesi analizza gli impatti tecnici, economici e ambientali dell’elettrificazione del settore energetico residenziale a Maynooth, in Irlanda, attraverso l’adozione di tecnologie energetiche rinnovabili. Lo studio si concentra su tre archetipi di edifici, classificati in base al periodo di costruzione (1976–1990, 1991–2005, post-2005), e valuta tre configurazioni tecnologiche: caldaie a gas, pompe di calore e pompe di calore integrate con sistemi fotovoltaici (PV). Una revisione della letteratura stabilisce il contesto normativo e tecnologico, supportata da dati derivati dal Piano Energetico di Maynooth. La modellazione energetica dinamica valuta le caratteristiche termiche, la domanda energetica e le prestazioni dei sistemi, analizzando consumi, domanda di energia primaria ed emissioni di CO2. I risultati evidenziano riduzioni significative delle emissioni e della dipendenza dai combustibili fossili con il passaggio a pompe di calore e sistemi PV. L’analisi economica, considerando diversi scenari di finanziamento, mostra che un’elevata penetrazione del PV, soprattutto con il supporto di fondi pubblici, genera Valori Attuali Netti (NPV) positivi. Anche le configurazioni PV interamente autofinanziate risultano economicamente sostenibili. Lo studio evidenzia sfide tecniche, come la congestione della rete e gli squilibri stagionali, sottolineando la necessità di pianificazione infrastrutturale e soluzioni di accumulo. Ricerche future potrebbero esplorare strategie di gestione della domanda, integrazione di batterie avanzate e l’estensione al settore commerciale e dei trasporti. Questo lavoro propone un modello replicabile per valutare le transizioni energetiche, fornendo indicazioni utili a decisori politici e stakeholder per sviluppare sistemi urbani sostenibili ed economicamente validi.

This thesis examines the technical, economic, and environmental impacts of electrifying the residential energy sector in Maynooth, Ireland, through renewable energy technologies. It focuses on three building archetypes, categorized by construction periods (1976–1990, 1991–2005, post-2005), and evaluates three configurations: gas boilers, heat pumps, and heat pumps integrated with photovoltaic (PV) systems. A comprehensive literature review establishes the regulatory and technological context, supported by data from Maynooth's Energy Master Plan. Dynamic energy modelling evaluates thermal characteristics, energy demand, and system performance, analyzing energy consumption, primary energy demand, and CO2 emissions. Results show substantial reductions in emissions and fossil fuel dependency when transitioning to heat pumps and PV systems. Economic analysis, considering various financing scenarios, reveals that high PV penetration, especially with public funding, yields positive Net Present Values (NPVs). Even privately financed PV configurations achieve financial viability. The study highlights technical challenges, such as grid congestion and seasonal energy imbalances, emphasizing the need for infrastructure planning and energy storage solutions. Future research could address demand-side management, advanced battery integration, and expansion to commercial and transport sectors. This work offers a replicable framework for assessing energy transitions, providing insights for policymakers and stakeholders to enable sustainable, economically viable urban energy systems.