Sistema de control total para las bombas de calor aerotérmicas

Científicos de la Universidad Nacional de Pusan, en Corea del Sur, han desarrollado un sistema de control para bombas de calor aerotérmicas (ASHP) que, según afirman, permite a los usuarios tomar el control total de sus dispositivos.

Explicaron que los fabricantes de ASHP son tradicionalmente reacios a dar a los usuarios el control de sus productos y señalaron que las ASHP que utilizan energías renovables como fuente de calor auxiliar requieren un alto nivel tecnológico para la optimización del control de los compresores de velocidad variable.

Los investigadores describieron la innovación propuesta como un sistema de lógica de control óptimo (LCO) basado en una red neuronal artificial (RNA) capaz de controlar la temperatura de consigna y funcionar sin cambiar los componentes principales de los sistemas existentes y sin aumentar los costes. La RNA se basa en la retropropagación, que es un algoritmo diseñado para comprobar si hay errores retrocediendo desde los nodos de salida a los de entrada.

“El modelo de RNA se desarrolló para evitar errores de sobreajuste, construyendo un conjunto de datos de entrenamiento en forma de series temporales sintéticas de datos de carga”, señalaron los científicos. “Se desarrolló basándose en Python y se conectó a TRNSYS a través de MATLAB”.

Su modelado numérico se aplicó a una ASHP equipada con un sistema de tanque de almacenamiento de calor (HST) que almacena calor cuando el coeficiente de rendimiento (COP) es alto y lo libera en una etapa posterior cuando la bomba de calor está en una carga alta. Suponen que el sistema ASHP-HST se instala en un edificio de oficinas de Busan con una superficie construida de 120 m2, una altura de 2,7 m y una relación entre ventanas y paredes del 15%.

Se supone que la bomba de calor tiene una potencia nominal de 9 kW en modo calefacción y 8 kW en modo refrigeración.

En la configuración del sistema propuesto, una unidad de ventiloconvector (FCU) se enciende cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 21 ºC y la temperatura HST supera los 43 ºC. A la inversa, la calefacción se apaga cuando la temperatura ambiente supera los 23 ºC y la temperatura HST desciende por debajo de 43 ºC. La ASHP almacena calor cuando la temperatura HST es inferior a 43 ºC, y el proceso de almacenamiento se interrumpe cuando la temperatura supera los 47 ºC.

“Para la refrigeración interior, la FCU se activa cuando la temperatura ambiente supera los 24 ºC y la temperatura HST es inferior a 12 ºC”, explicó el equipo de investigación, señalando que la FCU se apaga cuando la temperatura ambiente cae por debajo de 22 ºC o la temperatura HST supera los 12 ºC. “La ASHP se utiliza para el almacenamiento de frío HST cuando la temperatura HST es superior a 12 ºC, y la refrigeración se apaga cuando la temperatura HST cae por debajo de 8 ºC”.

Estos mecanismos, según los investigadores, permiten seleccionar “correctamente” el caudal de la bomba de agua, incluso en condiciones meteorológicas adversas. Además, ayudan a aumentar el COP de la ASHP en un 0,88% cuando el caudal se mantiene bajo en momentos en los que se requería menos rechazo o absorción de calor y en un 6,23% cuando se asume el uso de una bomba de agua de velocidad variable mediante simulación dinámica. “El OCL basado en RNA funciona bien cuando el refrigerante del lado secundario de la bomba de calor es agua”, afirman los científicos.

Describieron el sistema en el estudio “Performance improvement of air-source heat pump via optimum control based on artificial neural network” (Mejora del rendimiento de la bomba de calor aerotérmica mediante un control óptimo basado en una red neuronal artificial), publicado en Energy Reports. “En futuras investigaciones, planeamos desarrollar la lógica de control del flujo de la bomba de agua del lado de la FCU que tenga en cuenta la temperatura efectiva estándar y el confort medio del cuerpo humano previsto en función del voto”, concluyeron.