Investigation expérimentale et numérique d'une nouvelle pompe à chaleur haute température pour la livraison de chaleur sensible et latente

Cet article examine, à la fois expérimentalement et numériquement, la performance d'un prototype de pompe à chaleur haute température (HTHP) pour la production de vapeur et les applications de stockage d'énergie thermique utilisant le R-1233zd(E) comme réfrigérant. Les principales nouveautés de ce prototype sont l'incorporation d'un sous-refroidisseur externe pour séparer la production de chaleur sensible et latente. D'autres points novateurs incluent l'essai d'un nouveau compresseur à piston à vitesse variable qui supporte une température de décharge allant jusqu'à 160 °C, et le développement d'un modèle numérique avancé basé sur les spécifications des composants. Dans cette gamme de températures, il y a très peu d'études détaillées à jour. La HTHP proposée a été testée expérimentalement à 50 points de fonctionnement différents sélectionnés en fonction des limites du compresseur et des exigences générales pour les applications industrielles nécessitant de la chaleur à haute température, jusqu'à 150 °C. Les résultats montrent que la HTHP proposée peut délivrer une chaleur totale de 38,6 kW à 148,5 °C, avec une élévation de température de 66,8 K, une consommation d'énergie électrique de 10,7 kW, et un coefficient de performance (COP) de chauffage de 3,6. De plus, l'utilisation du sous-refroidisseur externe a entraîné une augmentation substantielle du COP, qui peut atteindre 33 % par rapport à des HTHP similaires sans sous-refroidisseur. Après avoir validé avec succès le modèle HTHP avec les résultats expérimentaux, des cartes de performance étendues ont été développées sur la base de plus de 500 conditions de fonctionnement possibles couvrant les applications les plus courantes de génération de vapeur et de stockage d'énergie. Enfin, quatre corrélations de performance ont été obtenues, avec une précision de ±10 %, fournissant ainsi un modèle boîte noire pour faciliter l'intégration de telles HTHP dans des simulations dynamiques de processus industriels.