Thermal Performance Analysis of an Air Source Heat Pump Coupled With a Solar Air Collector for Domestic Water Heating in a Cold Climate
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Reducing building-related CO2 emissions requires decreasing energy consumption and/or adopting cleaner, more efficient technologies. Air source heat pumps (ASHPs) are increasingly favored for building heating, especially in mild climates. When powered by clean and renewable energy sources, they offer significant potential for emission reduction. However, cold climates present unique challenges for these conventional heating systems, prompting interest in integrating renewable energy sources such as solar energy and energy storage with ASHPs to maintain consistent performance and lower their energy use during the coldest days. This study investigates the performance of an air source heat pump integrated with a solar air collector for domestic water heating in a cold climate. The study aims to quantitatively evaluate the contribution of the solar air collector to the overall reduction in energy consumption, enabling a thorough assessment of the integrated system’s efficiency and operational performance. The coupled air collector – ASHP – TES tank model was developed using a transient system simulation tool (TRNSYS). The impact of collector orientation, with tilt angles between 30 and 70°, collector surface areas between 8 and 16 m2 and mass flow rates ranging from 0.25 to 1 kg/s, which are considered suitable for a 2-ton heat pump, were systematically examined. Results show that the optimal tilt angle for maximizing useful annual energy gain is 51°, aligned with Calgary’s latitude, surpassing alternative tilt angles (30, 40, 60, and 70°). Furthermore, the integration of the solar air collector improves the annual average coefficient of performance (COP) by 16 % and reduces the annual average compressor work by 8%. This comprehensive analysis highlights the potential of integrating solar energy with ASHPs to enhance hot water efficiency and reduce energy consumption in cold climates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».