Analysis of the start-up phase of an inverter-driven dual-source heat pump and development of a simulation model based on experimental data

La presente tesi analizza il fenomeno dello start-up (transitorio di avviamento) di un prototipo di una pompa di calore a doppia sorgente (aria-terreno), prodotto da ratiotherm GmbH & Co. KG e installato presso la Technische Hochschule Ingolstadt. Lo studio ha un duplice scopo: analizzare lo start-up del prototipo, e sviluppare un modello di simulazione capace di prevederne il funzionamento. Sono stati condotti in totale 41 esperimenti: 36 utilizzando l’aria come sorgente e 5 utilizzando il terreno come sorgente. Sono stati selezionati alcuni parametri chiave, sulla base della letteratura disponibile, ed ogni esperimento è stato condotto variando uno di questi parametri. Analizzando i risultati degli esperimenti risulta evidente che il controllore Proporzionale-Integrale–Derivativo (PID) della valvola di espansione gioca un ruolo fondamentale nello start-up, facendo discostare i risultati ottenuti da quelli attesi. Sono stati poi sviluppati tre differenti modelli di simulazione e confrontati fra di loro. Il primo modello si basa sul concetto di penalità, il secondo è stato sviluppato mediante equazioni polinomiali ed il terzo mediante funzioni di trasferimento. Tra i tre modelli, i più affidabili risultano essere quello basato sul concetto di penalità e quello basato sulle funzioni di trasferimento. Fra i due, il primo risulta essere il più semplice e quindi facilmente realizzabile, mentre il secondo, pur se più complesso, genera una funzione che approssima direttamente tutto il transitorio di avviamento. In definitiva, il PID della valvola di espansione gioca un ruolo importante nel fenomeno dello start-up. Nel prototipo analizzato, devono essere effettuate diverse migliorie sul PID per ridurre i tempi di avviamento della macchina ed aumentarne le prestazioni. Il modello di simulazione dello start-up mediante funzioni di trasferimento risulta essere il migliore, grazie alla sua affidabilità ed alla capacità di approssimare bene il transitorio di avviamento.