Quelle quantité d'eau chaude sanitaire une pompe à chaleur air/eau peut-elle produire ?
Quelle quantité d'eau chaude sanitaire une pompe à chaleur air/eau peut-elle produire ?
Air to Water Heat Pump energy output depends on multiple factors such as outdoor air temperature, DHW supply and return Temperatures, Control Algorithm, DHW flow / Temperature Set point as well as DCW entering temperature which is colder in winter and hotter in the summer.
Introduction
Traditional electric or gas fired boilers have capacities ranging from 85 MBH (25 KW) to millions of BTUs and Thousands of KWs. Beside the relatively limitless heating capacity, their hot water supply temperature can be as low as 95°F (35°C) and as high as 212°F (100°C). Single Phase Pompes à chaleur air-eau (ATW) are available in capacities ranging from 30 MBH (8.8 KW) to 80 MBH (23.5 KW). Their capacities decrease with the outdoor air temperature and their hot water supply temperature is limited to 140°F (60°C). Boilers suppplied heating capacity is completely independant of outdoor air temperatures which makes them great as a backup, emergency or even a secondary heat sources.
Producing Domestic Hot Water (DHW) using Air to Water Heat pumps, reduces the overal cost of DHW prodcution, however the amount of heat available for DHW and the time of DHW usage and recovery rate is not the same as in traditional boilers.
This blog is to better inform Designers, Contractors and Homeowners about the limitations and constraints of using ATW heat pumps for DHW hot water heating production.
Analyse de cas d'un système de pompe à chaleur ATW à deux réservoirs
A typical ATW heat pump kit has two réservoirs de stockage thermique: One tank dedicated for either space heating or space cooling (depending on the season) and another tank dedicated for DHW pre-heating. DHW can be pre-heated via the DHW tank's indirect coil or via the tank directly. Always check with applicable local regulations/codes/laws/by-laws if going directly through the tank is allowed since it's allowed in some places and not allowed in others.
Pompes à chaleur ATW have Air Cooled Condenser installed outdoor. The amount of Heat a condenser (Condenser becomes an evaporator in heating mode because HP reverses its cycle) can extract from ambient air, decreases when it's colder outside. Below is the heating capaciy table of our HSS080V2LS Pompe à chaleur Split ATW:
Lorsque les températures hivernales sont inférieures ou égales à -15°C (5°F) et que la température d'alimentation est de 55°C (131°F), une pompe à chaleur ATW de 80MBH ne produit que 51 à 36 MBH d'énergie thermique. Cela signifie que le réservoir d'eau chaude sanitaire prendra plus de temps pour atteindre le point de consigne et que, par conséquent, les douches avec de l'eau à des températures supérieures à 43,33°C (110°F) devront être plus courtes car l'énergie produite par la pompe à chaleur est inférieure à l'énergie nécessaire pour chauffer l'eau chaude sanitaire jusqu'au point de consigne de l'eau chaude sanitaire.
A shower requires 2.5 US GPM of DHW water at a minimum temperature of 43.33°C (110°F). In a typical Canadian winter when DCW enters the DHW tank at 4.44°C (40°F) and outdoor air temperature is at -25°C (-13°F), we need 87 500 Btu/hr to heat DCW from 4.44°C (40°F) to 43.33°C (110°F).
The heating output of our HSS080V2LS ATW heat pump at -25°C (-13°F) outdoor air temperature is 36 643 Btu/hr. This is less than the required energy to maintain the DHW tank at its setpoint. This means that the longer the DHW usage is, the colder the DHW tank it gets. In technical language, and according to the second law of thermodynamics, the energy deficit (87 500 - 36 643)=50 587 Btu/hr is translated into a reduction of internal energy of water contained in the DHW tank.
Déficit en énergie thermique
As you can see in the table at the right, when outdoor air temperature is too cold (less than 12°C (53.6°F) and incoming domestic cold water temperature is very low as well, the energy supplied by the ATW heat pump is less than the required energy for heating DCW from entering temperature to 43.33°C (110°F).
Pour les températures extérieures de l'hiver, telles que -20°C (-4°F) à -25°C (-13°F), il y a un déficit d'énergie, quelle que soit la température de l'eau chaude sanitaire entrante. Cela est principalement dû au fait que les pompes à chaleur ATW sont moins performantes lorsque les températures extérieures sont les plus basses.
N.B: Red Numbers are negative numbers and Black ones are positive.
Temps de refroidissement du réservoir d'ECS de 131°F à 110°F
Il est important de dimensionner correctement le réservoir de préchauffage de l'ECS en fonction de la demande et de la capacité de la chaudière. Le volume du réservoir ne doit pas être trop petit pour ne pas manquer d'eau chaude trop rapidement, ni trop grand pour que la chaudière prenne trop de temps à chauffer le réservoir.
For a 300L (79.3 US Gallons) DHW thermal storage tank and only one shower (2.5 US GPM) happening at a time, the table at the right shows the time (in minutes) it takes the temperature of the water in the tank to drop from 55° (131°F) to 43.33°C (110°F). Below 110°F, DHW water won't be useful for showering.
Ex: When Outdoor temperature is -20°C (-4°F), it will take 16.92 min for the tank temperature to drop from 131°F to 110°F when DCW is entering tank at 35°F.
Volume d'ECS extrait du réservoir à des températures supérieures à 110°F
La quantité d'ECS en litres qui peut être extraite d'un réservoir de 300 litres, lorsque l'ATW HP fonctionne, est de 151,67 litres lorsque la température de l'air extérieur est de -25° (-13F) et que l'ECS entre dans le réservoir à 4,44°C (40°F).
Plus la température extérieure est élevée, plus la quantité d'eau chaude sanitaire pouvant être extraite du réservoir de 300 litres est importante.
Larger Volume tank offer more DHW for usage since the internal energy of water contained in the tank is higher.
Temps de récupération de la température du réservoir d'ECS de 110°F à 131°F
Le temps de récupération est défini comme le temps nécessaire pour réchauffer le réservoir à partir de la température d'entrée dans le DCW jusqu'à 55°C (131°F).
Nous supposons que le réservoir a été refroidi à la même température que la température d'entrée du DCW.
Lorsque la température de l'air extérieur est de 7°C (19,4°F) et que la température d'entrée de l'eau chaude sanitaire est de 10°C (50°F), il faut 52,49 minutes à la pompe à chaleur pour chauffer le réservoir jusqu'à 55°C (131°F).
Conclusion.
Cliquez sur l'icône à gauche pour voir les performances de nos trois modèles de pompes à chaleur ATW avec des réservoirs de stockage thermique de 100, 200, 300, 400 et 500 litres.
Les combinaisons de puissance et de capacité du réservoir déterminent la quantité d'eau chaude sanitaire qui peut être utilisée dans un laps de temps donné. Il est essentiel de bien dimensionner le réservoir et la puissance pour économiser de l'énergie et de l'argent.
Pour les applications plus complexes, veuillez contacter notre équipe de conception technique par courrier électronique ou au numéro gratuit +1 (888) 686 7652 (poste 1).
Further readings
- Enhanced Vapor Injection for Air to Water Heat Pumps
- Air To Water Heat Pumps Savings And Paybacks
- Le retour du chauffage et du refroidissement hydroniques dans les bâtiments de petite et moyenne taille
- Comment prévenir la condensation dans les applications de refroidissement par rayonnement ?
- Comment fonctionne le chauffage solaire thermique ?
- Comparaison des panneaux PVT à tubes à vide et hybrides pour l'Amérique du Nord