Flach-Malaspina, Nicolas (2004) Conception globale d'une pompe à chaleur air/eau inversable à puissance variable pour le secteur résidentiel. PhD thesis Energétique, ENSMP.

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Abstract

The heating capacity control for heat pumps in heating mode in the residential sector constitute one of the means to improve seasonal energy efficiencies compared to existing heating systems. The two-compressor technology has been identified as both energy efficient and available for europeans OEMs.
Four major results have been obtained.
-Through a serie of tests at partial load, cycling losses have been shown in heating and cooling modes of existing air/water systems with a single compressor. Sole the energy consumption when the heat pump is at rest contributes significantly to energy losses at partial load.
- Enegy gains, by adapting the two-compressor technology on a reference equipment have been quantified on a prototype heat pump developped during thoses studies.
- A dynamic model for the calculation of seasonal COP has been developped.
- The optimization of the compressor operation, and the defrosting process, has permitted an increase in the seasonal COP from 14,7% to 18,6% depending on the climatic conditions.
This study includes design, experimental and modeling works. The design of a heat pump equiped with two compressors has required to develop a new test at partial load. The large number of exploratory and standardized tests have permitted to characterize an existing heat pump and a heat pump equiped with two compressors whatever the operation mode and the climatic conditions

Table of content

Nomenclature - 1
Index des figures et schémas - 5
Index des tableaux - 9
Introduction générale - 11
Chapitre 1. La variation de puissance pour l'amélioration des systèmes de chauffage par pompe à chaleur - 13
1.1. Introduction - 17
1.2. Le fonctionnement global d'un système thermodynamique - 19
1.3. Etude de deux technologies de variation de puissance - 23
1.4. Essai de caractérisation de trois technologies de variation de puissance - 29
1.5. conclusions - 47
Chapitre 2. Essais à pleine charge et à charge partielle sur la PAC de référence - 49
2.1. Objectifs - 53
2.2. Banc d'essais - 54
2.3. Résultats d'essais à pleine charge - 61
2.4. Résultats d'essais en à charge partielle - 66
2.5. Conclusions - 84
Chapitre 3. Etude d'une PAC air/eau à puissance variable - 85
3.1. Objectifs - 89
3.2. Conception d'une PAC air/eau bi compresseurs - 90
3.3. Essai de la PAC en mode chauffage - 99
3.4. Comparaison à la PAC de référence - 111
3.5. Conclusions - 119
Chapitre 4. Modélisation et simulation saisonnière d'une PAC air/eau bi compresseurs - 121
4.1. Objectifs - 125
4.2. Description du système - 126
4.3. Modélisation du bâtiment - 127
4.4. Modélisation du plancher chauffant - 134
4.5. Modélisation de la PAC - 158
4.6. Couplage des différents éléments du système - 158
4.7. Simulations sur trois zones climatiques de trois technologies de variance de puissance - 160
4.8. Conclusions - 174
Conclusions générales et perspectives - 175
Bibliographie - 179
Annexes - 185
Annexe 1: Performances d'un compresseur à vitesse variable - 189
Annexe 2: Rendement des compresseurs - 193
Annexe 3: Les paramètres du module plancher (2D final) - 199
Annexe 4: Schéma du banc d'essai pour la calorimétrie des compresseurs - 201
Annexe 5: Quelques éléments sur les fluides frigorigènes - 203
Annexe 6: Performances en régime stationnaire en mode rafraîchissement de la PAC de référence (RIV04) - 207
Annexe 7: Schéma électrique de la PAC de référence - 211
Annexe 8: Résultats d'essais de la PAC bi compresseurs - 213
Annexe 9: Algorithmes détaillés et résolution des équations des modèles dynamiques sous Matlab - 223

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