Methodology to evaluate design modifications intended to eliminate frosting and high discharge temperatures in air-source heat pumps (ASHPs) in cold climates
Notice bibliographique
Résumé
Air-source heat pumps (ASHPs) operating in cold climates experience problems with frosting and high refrigerant temperatures. These problems increase energy consumption, and their severity depends on the climatic conditions. In the present paper, a methodology for identifying the prevailing problem between frosting and high discharge temperatures is presented. Three performance indices, the frosting index (FI), the discharge index (DI), and the total loss index (TLI), are proposed to quantify the impacts of frosting and high discharge temperatures on the annual performance of ASHPs in different climatic conditions. The FI and DI show which problem (frosting or high discharge temperature) dominates, and the TLI indicates the combined effect of frosting and high discharge temperatures on the performance of an ASHP. A thermodynamic model of an ASHP coupled with the TRNSYS building simulation tool is used to estimate the performance of an ASHP and the proposed loss indices to estimate the impact of both frosting and high discharge temperatures for 45 cities in Canada. The results can be extended to other parts of the world that experience similar climatic conditions The results reveal that in cities in ASHRAE climatic zones 5 and 6 (classified as cold regions) where the ambient air temperatures are predominantly between −15 °C to 6 °C, ASHPs are heavily impacted by frosting. The problem of high discharge temperatures in ASHPs is predominant in cities in climate zones 7 and 8 (classified as very cold and subarctic regions) where the temperatures are frequently below −20 °C in winter. Among the cities considered, St. John, NL has the highest fraction of heating hours experiencing frosting (90 %), where the annual increase in energy consumption due to frosting is 13.5 % of the annual heating energy consumption. The highest annual increase in energy consumption due to high discharge temperatures is in Isachsen, NU (zone 8), where the increase is 30 % of the annual heating energy consumption Based on the proposed indices, another index called the performance gain index (PGI) is created, which can be used as a first step to assess the energy-saving potential of design modifications applied to ASHPs to solve the problems of frosting and high discharge temperatures. The PGI will aid in developing climate specific ASHPs. One possible design modification is the use of a two-stage ASHP with an economizer. It is observed that the two-stage ASHP with economizer can mitigate high discharge temperatures and improve performance in very cold and subarctic regions (zones 7 and 8). However, it is not as beneficial in zones 5 and 6, where the impact of high discharge temperatures on performance is minimal and frosting dominates. Finally, a case study, using the PGI to evaluate the economic and environmental effectiveness of a two-stage ASHP with economizer is presented for the city of Saskatoon.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».