Integrazione di misure di comfort e gestione energetica personalizzate per una strategia di Demand Response con fonti rinnovabili.

The residential sector plays a central role in the energy transition process, contributing significantly to global energy consumption and to the generation of electricity demand peaks. In this context, the adoption of Demand Response (DR) strategies becomes essential. However, current DR systems are often focused solely on reducing energy consumption, treating thermal comfort as a rigid constraint or neglecting it altogether. While this approach may be easier to manage, it becomes problematic when vulnerable user groups are involved, for whom thermal well-being represents an essential requirement. In light of these limitations, this thesis proposes a Demand Response strategy that explicitly integrates thermal comfort into the decision-making process as a flexible and controllable variable, combined with the use of renewable energy sources to reduce the burden on energy demand. A recommendation-based DR system is developed to support the operational management of HVAC systems through the definition of optimized setpoints, without imposing direct control actions on the equipment. Thermal comfort is modeled using the sPMV index, which allows comfort to be represented not as a single target value, but as a range of acceptable conditions. This approach introduces a controlled flexibility of comfort, enabling potential energy savings without compromising occupants’ well-being. Finally, the DR system is integrated with a photovoltaic system equipped with energy storage, appropriately sized through hourly simulations and techno-economic analyses. The results demonstrate that the combination of demand reduction, on-site generation, and energy storage significantly decreases energy consumption and grid imports, achieving high levels of energy self-sufficiency (approximately 85%) while maintaining high thermal comfort conditions. Overall, the proposed solution represents an effective approach to addressing current challenges in balancing energy supply and demand, overcoming the traditional trade-off between energy consumption reduction and thermal comfort.

Il settore residenziale riveste un ruolo centrale nel processo di transizione energetica, contribuendo in modo significativo ai consumi globali e alla generazione di picchi della domanda di energia elettrica. In questo contesto, l’adozione di strategie di Demand Response (DR) diviene fondamentale. Tuttavia, gli attuali sistemi DR sono spesso orientati alla sola riduzione dei consumi, considerando il comfort come vincolo rigido, o trascurandolo completamente. Sebbene tale impostazione risulti di più facile gestione, diventa problematica in presenza di utenti appartenenti a fasce vulnerabili, per i quali il benessere termico rappresenta un requisito imprescindibile. Alla luce di tali criticità, il presente lavoro di tesi propone una strategia di Demand Response che integra esplicitamente il comfort termico nel processo decisionale come variabile flessibile e controllata, in combinazione con l’impiego di fonti rinnovabili, al fine di ridurre il carico sulla domanda energetica. Viene dunque sviluppato un sistema DR basato su raccomandazioni, finalizzato al supporto operativo dei sistemi HVAC attraverso la definizione di setpoint ottimizzati, senza l’imposizione di azioni di controllo diretto sugli impianti. Il comfort termico viene modellato tramite l’indice sPMV, che consente di rappresentare il comfort non come un valore puntuale, ma come un intervallo di condizioni accettabili. Tale scelta permette di introdurre una flessibilità controllata del comfort, che si può tradurre in una possibile riduzione dei consumi energetici, senza compromette il benessere degli occupanti. Il sistema DR viene infine integrato con l’utilizzo di un impianto fotovoltaico dotato di sistema di accumulo, opportunamente dimensionati mediante simulazioni orarie e analisi tecnico-economiche. I risultati mostrano come la combinazione tra riduzione del fabbisogno, autoproduzione e accumulo consenta di diminuire significativamente i consumi e il prelievo dalla rete, fino a raggiungere elevati livelli di autosufficienza energetica (circa l’85%), preservando al contempo condizioni di comfort termico elevate. Nel complesso, la soluzione proposta si configura come un approccio efficace per affrontare le attuali criticità legate al bilanciamento tra domanda e offerta di energia, superando la presente antitesi tra riduzione dei consumi e benessere termico.