Obecnie użytkownicy mają ograniczoną kontrolę nad powietrznymi pompami ciepła. Wprowadzenie uczenia maszynowego do tej technologii znacznie rozszerza możliwości sterowania tymi urządzeniami. Dzięki specjalnemu algorytmowi, pompy ciepła mogą nauczyć się samodzielnie reagować w różnych sytuacjach. Ta innowacyjna technologia, o nazwie Artificial Neural Network (ANN), opiera się na systemie Optimum Control Logic (OCL).

Co więcej, implementacja tej technologii nie wymaga zmiany głównych komponentów istniejących systemów, co nie ma wpływu na ostateczny koszt produkcji pomp ciepła.

Inteligentna pompa ciepła przetestowana

Badacze przetestowali nowy system w budynku biurowym w Busan, Korei Południowej. Powierzchnia tego obiektu wynosi 120 m², przy wysokości 2,7 m i stosunku powierzchni okien do ścian wynoszącym 15%. Budynek obsługuje powietrzna pompa ciepła o mocy 9 kW w trybie ogrzewania i 8 kW w trybie chłodzenia.

Algorytm stworzono w języku programowania Python, a za obsługę systemu odpowiada MATLAB. To oznacza, że do stworzenia nowych możliwości w dziedzinie ogrzewania wykorzystano dostępne i popularne narzędzia. System opiera się na propagacji wstecznej, czyli algorytmie eliminującym błędy w kodzie, działając od węzłów wyjściowych do wejściowych. Modeli numerycznych użyto w systemie pomp ciepła ASHP z buforem ciepła w budynku biurowym w Busan.

Naukowcy ustalili określone warunki dla nowego systemu. Pompa ciepła włącza się, gdy temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej 21°C, a temperatura bufora ciepła osiągnie powyżej 43°C. Ogrzewanie wyłącza się, gdy temperatura w pomieszczeniu przekroczy 23°C, a temperatura bufora ciepła spadnie poniżej 43°C. Bufor zaczyna gromadzić ciepło, jeśli temperatura zgromadzonej wody spadnie poniżej 43°C. Gdy temperatura w zbiorniku osiągnie 47°C, to pompa ciepła wyłącza się.

W przypadku warunków mieszkalnych, tryb chłodzenia jest aktywowany, gdy temperatura w pomieszczeniu przekroczy 24°C lub temperatura bufora spadnie poniżej 12°C. Chłodzenie zostaje zatrzymane, gdy bufor przechodzi do trybu magazynowania chłodu i temperatura zgromadzonej wody spadnie poniżej 8°C.

Naukowcy odkryli, że system umożliwia użytkownikom dobór prawidłowego natężenia przepływu przez pompę obiegową, nawet w trudnych warunkach pogodowych. Tym samym możliwa jest poprawa COP o 0,88% przy niskim natężeniu przepływu. Odnotowano również poprawę COP o 6,23%, gdy pompy o dynamicznym dopasowaniu przepływu używa się podczas zwiększonego zapotrzebowania. 

• Zobacz również: Turbina wiatrowa jako źródło ciepła? To możliwe!

Dalsze plany Koreańczyków

Zespół naukowców ma zamiar dalej rozwijać system, uwzględniając standardową efektywną temperaturę oraz komfort ciała ludzkiego w logice sterowania. Wykorzystanie sztucznej inteligencji w obszarze pomp ciepła przyczyni się do poprawy wygody korzystania z tych urządzeń. Uproszczenie obsługi przyczyni się do rozpowszechnienia takich rozwiązań, w tym wśród osób starszych, dla których samodzielne operowanie urządzeniami może być trudne. Osoby, które większość czasu spędzają poza domem, również zyskają na tym rozwoju. Algorytm sterujący centralnym ogrzewaniem obniża straty ciepła i zwiększy efektywność energetyczną budynków.

Źródło: Energy Portal, PV-Magazine