A study on the performance of multi-stage condensation heat pumps

In this study, computer simulation programs were developed for multi-stage condensation heat pumps and their performance was examined for CFC11, HCFC123, HCFC141b under the same condition. The results showed that the coefficient of performance (COP) of an optimized ‘non-split type’ three-stage condensation heat pump was 25–42% higher than that of a conventional single-stage heat pump. The increase in COP differed among the fluids examined. The improvement in COP was due largely to the decrease in average temperature difference between the refrigerant and water in the condensers, which resulted in a decrease in thermodynamic irreversibility. For the three-stage heat pump, the highest COP was achieved when the total condenser area was evenly distributed to the three condensers. For the two-stage heat pump, however, the optimum distribution of total condenser area varied with working fluids. For the three-stage system, splitting the condenser cooling water for the use of intermediate and high pressure subcoolers helped increase the COP further. When the individual cooling water for the intermediate and high pressure subcoolers was roughly 10% of the total condenser cooling water, the optimum COP was achieved showing an additional 11% increase in COP as compared to that of the ‘non-split type’ for the three-stage heat pump system. Dans cette étude, on a développé des programmes de simulation informatiques afin d'étudier la performance des pompes à chaleur à condensation en plusieurs étages utilisant les frigorigènes suivants sous des conditions identiques : CFC11, HCFC123, HCFC123 et HCFC141b. Les résultats ont montré que le coefficient de performance (COP) d'une pompe à chaleur à condensation optimisée à trois étages de type non split était supérieure de 25 à 42 % à celle d'une pompe à chaleur monoétagée classique. L'augmentation du COP obtenue variait selon les frigorigènes étudiés ; elle était surtout fonction de la diminution de la température moyenne entre le frigorigène et l'eau dans les condenseurs, donnant lieu à une irreversibilité thermodynamique diminuée. Pour la pompe à chaleur à trois étages, le COP plus élevé a été obtenu lorsque la superficie de condensation totale était distribuée de façon, uniforme à travers les trois condenseurs. Cependant, pour la pompe à chaleur biétagée, la distribution optimale de la superficie totale du condenseur variait selon les frigorigènes utilisés. Pour le système à trois étages, la répartition de l'eau de refroidi