Criteri di dimensionamento e analisi dinamica di accumuli inerziali per impianti di riscaldamento con controllo predittivo

La presente Tesi ha l’obiettivo di analizzare gli effetti dinamici e le prestazioni di un sistema di controllo predittivo per sistemi di generazione ibridi a pompa di calore in funzione della capacità termica di impianto, ovvero del volume del serbatoio inerziale. Precedenti studi hanno dimostrato la validità e i vantaggi energetico-economici ottenibili tramite l’applicazione di un controllore in grado di prevedere il carico termico e la temperatura di mandata ai terminali durante la successiva ora di funzionamento (20 – 25 % di risparmio economico). Tuttavia, non sono ancora stati analizzati gli effetti e linee guida dedicate per il dimensionamento dei volumi inerziali di impianto quando è applicato un controllo di tipo MPC (Model Predictive Control) . Per questo motivo, in questa Tesi è stato sviluppato un modello energetico dinamico tramite i software TRNSYS e MATLAB di un impianto ad acqua per sistemi ibridi a pompa di calore, con controllore predittivo autoregressivo, e applicato in un set di edifici tipo residenziali del parco edilizio italiano: un appartamento, una villetta monofamiliare e una villetta ad alta efficienza in zona climatica C, D ed E. Le volumetrie inerziali testate variano da 25 a 200 litri. Le simulazioni dinamiche dell’impianto dimostrano una correlazione diretta tra la taglia dell’accumulo installato e gli errori del predittore nel valutare la curva di carico e la temperatura di mandata ottimale per soddisfare il fabbisogno dell’utenza. In funzione del caso studio considerato, gli errori di valutazione della potenza termica fornita all’utenza variano dal 20% al 60% all’aumentare del volume inerziale. Inoltre, gli errori nella previsione portano il sistema di controllo a privilegiare leggermente il funzionamento della caldaia rispetto a quanto non farebbe in un impianto ideale con previsione esatta, con un aumento della spesa energetica del 16% rispetto ad un controllo ideale. Inoltre, la presenza di un accumulo inerziale in un impianto con controllo predittivo non fornisce i tipici vantaggi attesi in termini di regolarità di funzionamento del generatore: infatti, il controllo predittivo riesce a garantire periodi operativi più lunghi rispetto ai tipici 10 – 30 minuti consigliati dai costruttori anche nel caso di volumi di impianto ed accumuli inerziali sottodimensionati rispetto alle tipiche linee guida dei costruttori (es. 7 l/kW). Tutte queste valutazioni suggeriscono che in impianti con generatore ibrido caratterizzati da controllo predittivo, salvo casi particolari, non sia necessario incrementare particolarmente l’inerzia termica dell’impianto rispetto al normale contenuto d’acqua di generatori, tubazioni e terminali di impianto