Seasonal performance of on-off air-to-water heat pumps

Résumé et principaux résultats

With increasing energy costs, it is essential to be able to predict the annual electricity consumption of heat pumping equipment to compare different systems on a fair basis. Since changes in outdoor conditions and building load affect the heat pump performance, measurement of part-load COP at varied outdoor conditions is necessary. In Europe, Eurovent Certification implemented in 2006 a certification scheme to calculate a European Seasonal Energy Efficiency Ratio (ESEER) for staged capacity chillers. It is expected that such a certification scheme be extended to heat pumping equipment. This paper shows the testing methodology and the results obtained on an on-off air-to-water heat pump (8 kW rated capacity), which was tested at full load as well as part-load conditions (from 90% to 25%) with outdoor conditions varying from -7°C to 12°C. The test results show that the heat pump COP changed in a different manner depending on the outdoor conditions. The pattern of change was the same for outdoor temperatures above 7°C and below 0°C. In these two temperature domains, the part-load COP can be related to full load COP following a unique relationship, with a deterioration in performance attributed mainly to stand-by losses under cycling conditions. However, there exists an outdoor temperature domain (roughly between 1 and 6°C) for which part-load COP was found to be higher than full load COP, despite cycling. Consequences for the set-up of a simplified Heating Seasonal Performance Factor based on a reduced number of full load tests and either a simplified performance curve at part load or supplementary part-load test are discussed.
Titre : Performance saisonnière des pompes à chaleur air-eau à régulation tout-ou-rien
Résumé : Avec l'augmentation des coûts de l'énergie, il est essentiel de pouvoir prédire la consommation annuelle d'électricité des pompes à chaleur, pour les comparer de façon équitable. Puisque les variations des conditions extérieures et de la demande de puissance du bâtiment ont un impact sur les performances d'une pompe à chaleur air-eau, il devient nécessaire d'en mesurer le COP à charge partielle pour différentes conditions extérieures. En Europe, Euro vent Certification a mis en place en 2006 un programme de certification pour les chillers qui prend en compte une efficacité énergétique saisonnière européenne (ESEER). Une telle certification pourrait être étendue aux pompes à chaleur. Cet article montre la méthode d'essais et les résultats obtenus sur une pompe à chaleur air-eau de 8 kW, testée à pleine charge et à charge partielle (de 90% à 25 %), avec des conditions extérieures allant de -7 à +12°C. Les résultats montrent que le COP de la pompe à chaleur n'évolue pas de la même manière en fonction des conditions extérieures. La variation est la même pour des températures extérieures supérieures à 7°C ou inférieures à 0°C. Dans ces deux plages de température, il existe une loi unique qui relie le COP à charge partielle et le COP à pleine charge, avec une chute de performance dans des conditions de cyclage principalement due aux pertes à l'arrêt. Cependant, dans le domaine de température extérieure compris environ entre 1 et 6°C, le COP à charge partielle est plus élevé que le COP à pleine charge, malgré le fonctionnement cyclique. L'article analyse les conséquences de ces résultats dans la mise en place d'un COP saisonnier simplifié, qui serait basé sur un nombre réduit d'essais à pleine charge et soit une simple courbe de performance à charge partielle, soit un essai supplémentaire à charge partielle.

Commissions

Machines thermodynamiques

Thème

Conditionnement d'air

Mots-clés

Pompes à chaleur

Auteurs

BENSAFI Ahmed, MONDOT Michèle