Development of a framework for heat pump hardware in the loop using FMI standard

Recent environmental regulations are compelling the building industry to update and develop new technologies. This rapid change necessitates increasingly efficient testing strategies. Most manufacturers test their new hardware in the field and with prototypes before putting it on the market. Thus, the hardware-in-the-loop technology for testing systems is one of the most suitable and well-developed responses to the demand for novel testing approaches. This method can streamline the conventional procedure without testing hardware in a physical structure. This project aims to design and build the software for the test bench. It will focus on turning current models into causal containers that meet the FMI standard and developing and testing a custom environment for communicating with standard models. This thesis will also focus on expanding a Modelica library for building and HVAC systems provided by the Ariston company, testing and putting into place models for simulating solar thermal collectors and pipelines that take the features of the walls into account. In a Dymola environment, a replica of the developed hardware in the loop structure will be created. The simulated test bench will also be reviewed, emphasizing the discrepancies between the original and the FMU-HiL copy of the selected models. The viability of the chosen method for recreating the simulated boundary conditions is evaluated and confirmed for the tested hardware.

Recenti regolamenti ambientali stanno spingendo il settore dell'edilizia verso la necessità di modernizzazione e sviluppo di nuove tecnologie che, tuttavia, in risposta, richiedono metodologie di test più efficienti. Prima di iniziare la commercializzazione di nuovi prodotti, la maggior parte dei produttori tendeva a realizzarli e validarli utilizzando prototipi e test sul campo. Nell'ambito dei test, la tecnologia Hardware in the Loop è pertanto la risposta più appropriata alla necessità di nuove tecniche di testing. Usando questo metodo, la procedura tradizionale può essere ottimizzata, senza il bisogno di installare l’hardware da testare in un edificio reale. Lo scopo di questo progetto è di realizzare e costruire il software per il banco prova, prestando particolare enfasi nella conversione degli attuali modelli in contenitori causali che aderiscano allo standard FMI. In aggiunta, un ambiente ad-hoc capace di comunicare con i modelli standardizzati verrà realizzato e testato. Questa tesi si focalizzerà anche sull’espansione del modello di edificio in Modelica fornito da Ariston, testando e implementando componenti per la simulazione di collettori solari termici e di tubazioni che considerino le proprietà delle pareti dei tubi. Infine, una riproduzione della struttura del modello hardware in the loop sviluppato verrà realizzata in un ambiente Dymola. Una valutazione del banco prova così simulato sarà presentata, con attenzione particolare alle differenze dei modelli scelti nel caso originale e nella riproduzione con FMU-HiL. La validità dell’approccio scelto nel duplicare le condizioni esterne per l’hardware da testare verrà analizzata e verificata.