Analisi sperimentale delle prestazioni di una pompa di calore a doppia sorgente con approccio Hardware-in-the-Loop (HiL) e studio della risposta termica del terreno

Il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna da anni studia le prestazioni di sistemi a pompa di calore nel Laboratorio di Fisica Tecnica. In questo lavoro, sono stati svolti test sperimentali su un prototipo di pompa di calore dual-source (DSHP), in grado di sfruttare come sorgente termica sia l’aria sia il terreno. La procedura su cui si è basato l’intero lavoro è la metodologia “Hardware-in-the-Loop” (HiL), che consente di testare e validare sistemi complessi grazie all’accoppiamento tra un hardware reale e un software di simulazione, al fine di valutare l’interazione tra il software e l’hardware reale in un ambiente controllato. Il software ha eseguito una simulazione dinamica di un edificio, il cui carico termico è stato riprodotto nel banco di prova in cui è installata la pompa di calore, che in questo lavoro è stata fatta operare in modalità DSHP, accoppiata ad un campo sonde sottodimensionato del 73%. La riproduzione del carico dell’edificio ha riguardato una coppia di giornate invernali ottenute con un algoritmo di clusterizzazione e risultate caratteristiche della stagione invernale. Nei test sono state realizzate prefissate condizioni operative dinamiche all’interno del sistema tramite l’impiego di logiche di regolazione Proporzionale-Integrale-Derivativa (PID). I test hanno permesso l'impiego di un sistema di misurazione distribuita di temperatura (DTS) accoppiato ad una fibra ottica per rilevare l’andamento temporale della temperatura dell’acqua lungo la profondità della sonda per ottenere alcuni parametri legati alla ricarica termica del terreno. Inoltre sono stati valutati i COP istantanei della DSHP ed è stato stimato l’impatto degli switch di modalità sui consumi giornalieri e stagionali. L'obiettivo finale è la determinazione dei coefficienti di prestazione giornalieri e stagionale della DSHP, messi a confronto con i coefficienti riferiti all'Air-Source Heat Pump (ASHP) ottenuti da test incentrati sul medesimo metodo HiL.