Dinamica e controllo di cicli inversi con compressore radiale per applicazioni di grande taglia

Abstract

Le pompe di calore rappresentano una tecnologia chiave per aumentare l’efficienza e la sostenibilità dei sistemi di climatizzazione, in linea con gli attuali obiettivi di decarbonizzazione. Le pompe di calore alimentate elettricamente offrono vantaggi significativi, tra cui dimensioni compatte, costi accessibili e buone prestazioni in termini di efficienza e ridotte emissioni acustiche. Tuttavia, per progettare sistemi ottimizzati, sia in ambito residenziale che industriale, è fondamentale comprenderne limiti operativi. Questa tesi si inserisce in un più ampio studio sulla dinamica dei compressori nelle pompe di calore. Il lavoro, sviluppato in collaborazione con Carrier, azienda americana leader nel settore HVAC, ha l’obiettivo di approfondire il controllo e la gestione del sistema termico, migliorandone le prestazioni. Lo studio si è focalizzato sulla modellazione del sistema e sulla riduzione del tempo di transitorio tra diversi punti operativi. I componenti principali della pompa di calore sono stati modellati in MATLAB/SIMULINK attraverso le loro equazioni fondamentali e successivamente integrati mediante un’adeguata metodologia di interconnessione. Il modello è stato validato in condizioni di regime stazionario utilizzando dati sperimentali. Inoltre, è stato sviluppato un sistema di controllo in grado di ridurre i tempi di transizione tra le diverse condizioni operative. I risultati ottenuti forniscono indicazioni utili per l’ottimizzazione del controllo delle pompe di calore su larga scala, con particolare riferimento alle applicazioni industriali.

Heat pumps are a key technology for developing efficient and sustainable climate control systems in compliance with the decarbonization goals of the present age. Electrically driven heat pumps have advantages such as compact size, affordable costs, and good performance in terms of efficiency and low acoustic emissions. Understanding the operational limits of such heat pumps is necessary while designing an optimized system, either for residential or industrial applications. This thesis is part of a larger study on the compressor dynamics in heat pumps. The work, developed in collaboration with Carrier Corporation, an American company leader in the HVAC sector, aims to study and improve the operation of an innovative heat pump system.

The study focused on modelling the heat pump system and minimizing the transition time between different operating points. Different components of the heat pump are modelled in MATLAB/SIMULINK using their governing equations and then integrated using appropriate interconnecting methodology. The model is validated at steady state condition using experimental data. A simple control system has been developed, which reduces the transition time between different operating points. results obtained give useful indications for improving the control system of large-scale heat pumps within the context of industrial applications.