Preliminary analysis of the potential energy saving achievable with a predictive control strategy of a heat pump for a single family house

The present work reports a study related to the potential improvement of the energy performances of a heat pump based heating system for a Swedish single-family house. The analysis is focused on the design of new rule-based control strategies which employ perfect predictions of weather forecast and human behaviour information. In particular, the considered signals are the outdoor temperature, the solar radiation, the internal gain due to inhabitants’ activities and the Domestic Hot Water (DHW) consumption. The study is performed by means of the TRNSYS® simulation software in which the model of the heating system is implemented. More specifically, it is composed by a Ground Source Heat Pump (GSHP) unit, a stratified storage tank of three hundred litres and the building element. The performances of the developed control logics are evaluated using a degree-minute on/off controller as reference case. The results show that the improved control logics yield to an increase of the energy efficiency of the system as well as an enhancement of the indoor and DHW temperatures stability.

Lo studio presentato in questo lavoro propone un’analisi del potenziale miglioramento delle prestazioni energetiche di un sistema di riscaldamento basato su una pompa di calore per un'abitazione monofamiliare in Svezia. L’analisi si concentra sulla progettazione di logiche di controllo innovative in grado di utilizzare le previsioni sulle condizioni meteorologiche e sul comportamento umano. In particolare, i segnali considerati sono dati dalla temperatura dell’ambiente esterno, dalla radiazione solare, dal carico termico dovuto alle attività svolte dalle persone nell'edificio e dal profilo del consumo di acqua calda sanitaria. Lo studio è stato condotto utilizzando il software di simulazione TNRSYS® nel quale è stato implementato il modello del sistema di riscaldamento considerato. Nello specifico, tale modello è composto da una pompa di calore geotermica, un serbatoio di accumulo stratificato da trecento litri e l’edificio. Le prestazioni delle logiche di controllo sviluppate sono state valutate assumendo come riferimento un controllore “on/off” basato sull’approccio “degree-minute”. I risultati mostrano che l’impiego di tali logiche permette di migliorare l’efficienza energetica del sistema e allo stesso tempo incrementare la stabilità della temperatura dell’ambiente interno e dell’acqua calda sanitaria.