Verso una nuova generazione di pompe di calore intelligenti
Le tecnologie dell’intelligenza artificiale (IA) hanno ormai tempo fatto il loro ingresso nel mondo energetico. Tra le applicazioni degne di nota in questo comparto non possiamo non citare il progetto “AI4HP“, lanciato per creare una nuova generazione di pompe di calore intelligenti.
Condotta dall’istituto tedesco Fraunhofer ISE, insieme a Stiebel Eltron, EDF R&D e ai partner di ricerca francesi CEA List, Laboratoire de Psychologie et NeuroCognition, la ricerca punta a migliorare l’efficienza di questi impianti attraverso l’IA. Come? Integrando l’impiego di reti neurali artificiali che aiutino a incrementare il comfort e il risparmio energetico.
L’efficienza delle pompe di calore
Le pompe di calore (PdC) rappresentano una delle tecnologie chiave del processo di elettrificazione dei consumi e più in generale per aumentare la quota di rinnovabili nella fornitura di riscaldamento. Tuttavia, come spiega lo stesso Fraunhofer ISE, l’efficienza pratica di questi apparecchi non sempre soddisfa le aspettative. Non è solo questione di perdite dell’impianto, causate ad esempio dalle temperature, dal compressore, ecc. Sull’efficienza incide infatti anche la progettazione della macchina, la parametrizzazione del controllo ed eventuali deficit operativi non rilevati.
È a questo livello che interviene “AI4HP”. Il progetto sta sviluppando una nuova generazione di “pompe di calore intelligenti” per il riscaldamento residenziale, che rispondono in maniera adattiva alle mutevoli condizioni dell’ambiente.
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Dal controllo euristico al controllo IA
Per questo segmento si tratterebbe di un grande passo avanti. Attualmente le PdC domestiche vengono controllate tramite curve di riscaldamento statiche impostate durante l’installazione. Curve che, nella maggior parte dei casi, non sono state ottimizzate per l’edificio e che non tengono conto dei cambiamenti a breve o lungo termine né delle reali esigenze dell’utente.
I partner di AI4HP hanno rinnovato la tecnologia di controllo affidandosi a reti neurali artificiali. Si tratta di modelli computazionali ispirati al funzionamento del cervello umano, in grado di apprendere da grandi quantità di dati identificando pattern complessi.
In questo caso l’IA studia i modelli di comportamento specifici dell’edificio come, ad esempio, i cambiamenti in risposta alla variazione della radiazione solare o all’età dell’immobile. O ancora come mutano le abitudini stese degli occupanti. Quindi rappresenta digitalmente il suo comportamento termico mentre un algoritmo di ottimizzazione in tempo reale permette di regolare la temperatura di mandata della pompa di calore.
Pompe di calore intelligenti, funzionano?
Il nuovo regolatore AI per pompe di calore intelligenti è stato sottoposto a diversi test, simulando tre edifici, ciascuno con un diverso anno di costruzione e stato di ristrutturazione. I risultati sono stati positivi in tutti casi e il risparmio energetico è risultato essere in media del 13% rispetto alla curva di riscaldamento standard.
“Questi risparmi sono stati dovuti, in particolare, a un migliore abbinamento della temperatura ambiente di riferimento e della temperatura di setpoint. Ulteriori risparmi energetici sono attesi se il regolatore viene esteso per includere le caratteristiche di efficienza della pompa di calore”, scrive l’istituto di ricerca.
Oltre a ciò, un test iniziale sul campo in un edificio reale ha confermato la funzionalità del nuovo controller: la temperatura target è stata raggiunta in modo significativamente migliore (la deviazione media è stata ridotta di oltre la metà) e il COP (coefficiente di prestazione) è aumentato del 25%.