Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack: riscaldamento smart

Pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin hack: riscaldamento smart

Un nuovo inverno e’ alle porte ed abbiamo a disposizione l’esperienza e tutti gli strumenti per provare a realizzare controllo alternativo per la regolazione della temperatura di mandata sulla nostra pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin per ottenere un riscaldamento smart !

Regolazione temperatura di mandata

Ripassiamo le modalità a disposizione nella nostra pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin per il controllo del set-point rispetto al quale viene regolata la temperatura di mandata:

  • mandata fissa: la temperatura di mandata viene regolata rispetto ad un set-point fisso
  • curva climatica: la temperatura di mandata viene regolata rispetto ad set-point variabile con la temperatura esterna

Come visto nelle mie varie sperimentazioni, le due modalità hanno ciascuna vantaggi e svantaggi:

La miglior configurazione a cui sono riuscito ad arrivare sfruttando quando disponibile a bordo macchina e’ questa:

Disponendo anche della stazione ambientale RoCon U1 sarebbe possibile raffinare leggermente aggiungendo anche l’ottimizzazione in funzione della temperatura interna corrente.

Sbrinamenti Daikin

A tutto questo occorre purtroppo aggiungere la mia storia infausta e senza fine con gli sbrinamenti precoci della mia pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin.

Nel caso non lo aveste ancora fatto, vi suggerisco la lettura di alcune delle puntate più recenti:

Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack

L’elemento chiave per questo progetto e’ la possibilità che ora ho di programmare esternamente la pompa di calore, grazie a quanto descritto in:

Questo articolo e’ idealmente la quarta parte di questa serie.

Obiettivi riscaldamento smart

Direi che abbiamo messo insieme tutte le motivazioni e gli strumenti per definire un algoritmo di regolazione del riscaldamento smart che possa perseguire gli obiettivi seguenti:

  • regolare il riscaldamento in base al clima
    • adeguare l’energia termica generata giornaliera alla temperatura esterna media prevista: una sorta di curva climatica ma su base giornaliera anziché in tempo reale
  • massimizzare le prestazioni della pompa di calore
    • concentrare il funzionamento del riscaldamento nelle ore con temperature esterne massime
    • assicurare che la potenza termica generata sia sempre entro un range ottimale per il compressore
    • assicurare che il salto termico in uscita alla pompa di calore, differenza tra temperatura di mandata e temperatura di ritorno, sia superiore ad un valore minimo
    • controllare che la potenza termica generata sia uniforme nel tempo (addirittura costante)
  • minimizzare gli sbrinamenti precoci
    • concentrare il funzionamento nelle ore con temperature esterne massime per ridurne la frequenza
    • accorciare gli intervalli di fermo dell’unita’ esterna a valle di ogni ciclo di sbrinamento

Sinteticamente si potrebbe dire che mettiamo insieme il meglio di mandata fissa, curva climatica ed integrazione smart con delle previsioni meteo.

Per rendere smart la regolazione in base al clima e’ necessario utilizzare un servizio di previsione meteo, anche con API di integrazione, come Weather Underground.

Regolare il riscaldamento in base al clima

Come trattato dettagliatamente in Dimensionamento pompa di calore aria acqua, e’ facile prevedere l’energia termica giornaliera richiesta dalla nostra abitazione conoscendo i dati di efficienza energetica dell’involucro e la temperatura esterna prevista:

  • E_termica_giorno = E_termica_riscaldamento_inverno_media * (T_interna – T_esterna) / (T_interna – T_esterna_media_inverno)

Per chiarire meglio possiamo rappresentare un semplice grafico con i dati relativi alla mia abitazione:

Piccolo punto di attenzione: questi sono dati medi che non tengono conto delle variazioni possibili quali:

  • apporti interni: quante persone ci sono in casa ?
  • apporti esterni: una giornata soleggiata contribuisce meglio di una nuvolosa

In sintesi accedendo alla temperatura media prevista per il giorno successivo si determina l’energia termica necessaria nel corso di tale giornata.

Massimizzare le prestazione della pompa di calore

COP di una pompa di calore aria acqua

Il coefficiente di prestazione di una pompa di calore aria acqua (COP), definito come il rapporto tra l’energia termica ottenuta rispetto all’energia elettrica necessaria, varia molto in funzione della differenza di temperatura tra l’acqua in mandata e l’aria esterna da cui viene prelevato il calore.

Vediamo su un grafico i dati della Rotex HPSU Compact da 6 kW che possiedo:

Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack: riscaldamento smart

Con ottima sintesi:

  • maggiore e’ la temperatura esterna, migliore e’ il COP
  • maggiore e’ la temperatura di mandata, minore e’ il COP

Mi raccomando comunque di non dimenticare mai Pompa di calore limiti di funzionamento.

In sintesi accedendo alla distribuzione di temperatura prevista per la giornata successiva e’ possibile posizionare la finestra di accensione del riscaldamento smart nell’intervallo delle temperature massime.

Regime ottimale di funzionamento

Passiamo ad un aspetto meno che influenza l’efficienza delle pompe di calore.

Il coefficiente di prestazione COP varia anche in funzione del fattore di carico, ovvero il rapporto tra la potenza termica prodotta e quella massima possibile in quelle condizioni di funzionamento.

Vediamo ad esempio i dati della Rotex HPSU Compact da 6 kW che possiedo:

Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack: riscaldamento smart

Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack: riscaldamento smart

In buona sostanza e’ opportuno non essere esattamente a pieno carico.

La mia raccomandazione e’ di stabilire un range di regime di carico all’interno del quale cercare di fare operare sempre la pompa di calore, ad esempio diciamo tra il 40% ed il 70% della potenza termica erogabile.

Controllo salto termico

Come avevo già evidenziato in un’articolo precedente, la smania di spremere al massimo il COP della pompa di calore non deve fare dimenticare che ci sono dei valori minimi oltre i quali non e’ possibile scendere.

Nella documentazione Daikin e’ indicato che i dati della capacita’ di riscaldamento per l’unita’ esterna sono validi per un salto termico, inteso come differenza tra temperatura di mandata e temperatura di ritorno, compreso tra i 3 ºC ed gli 8 ºC.

Diventa allora particolarmente interessante vedere quali siano i valori della temperatura di ritorno da un pavimento radiante con riscaldamento acceso.

Ho arbitrariamente preso i dati relativi all’ 8 marzo 2017 in cui il riscaldamento e’ stato riacceso al mattino dopo l’intera notte spento:

Pompa di calore Rotex HPSU Compact hack: riscaldamento smart

Si possono osservare agevolmente le variazioni della temperatura di ritorno:

  • a pavimento freddo la temperatura e’ sostanzialmente prossima a quella dell’aria nell’abitazione (21,5 °C)
  • dopa una decina di ore di funzionamento si arriva a quasi 28 °C

Questo spiega facilmente perché in mandata fissa o curva climatica sia difficile seguire questo andamento.

Ovviamente se non avessimo la zavorra degli sbrinamenti precoci potremmo anche affrontare serenamente un più tradizionale funzionamento 24×7 in curva climatica.

Algoritmo di riscaldamento smart

Unendo tutte le considerazioni precedenti e’ possibile definire un algoritmo di massima per il controllo del set-point della temperatura di mandata:

  • su base giornaliera si adegua il riscaldamento smart al clima previsto
    • calcolare l’energia termica giornaliera necessaria in base alla temperatura esterna media prevista
    • determinare potenza termica, ore di funzionamento e salto termico (mandata – ritorno) giornaliera per ottimizzare il rendimento
    • stabilire orario di accensione e spegnimento in base alla previsioni orarie per la temperatura esterna
  • in tempo reale il set-point della temperatura di mandata insegue la temperatura di ritorno
    • se si eccedono i limiti di temperatura interna accendere o spegnere comunque il riscaldamento smart
    • regolare il set-point della temperatura di mandata pari alla temperatura di ritorno corrente maggiorata di uno scalino pari al salto termico previsto
    • se appena concluso un ciclo di sbrinamento alzare il set-point di mandata fino a quando il compressore esterno si riaccende

Per certi versi abbiamo ingegnerizzato in modo smart quanto realizzato con Pompa di calore Rotex HPSU Compact: curva climatica inversa a 4 scorrimenti.

Aspettiamo i primissimi freddi per concludere gli sviluppi ed osservare i risultati.

Non appena consolidato riverserò tutto il codice Python sviluppato sul repository https://github.com/zanac/pyHPSU.

Stay tuned e buon inverno a tutti !

Pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin hack: riscaldamento smart ultima modifica: 2017-10-14T20:40:37+00:00 da La mia Casa Elettrica
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2 pensieri su “Pompa di calore Rotex HPSU Compact Daikin hack: riscaldamento smart

  1. Andrea

    Bravo Emiliano. Come ti ho già detto, la gestione della mandata in funzione del delta T ( mandata/ritorno ) è secondo me la casta vincente nella gestione della Hpsu

    Rispondi

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