Air-to-Water Cascade Heat Pump Thermal Performance Modelling for Continental Climate Regions

At low ambient temperatures, the heating capacity and coefficient of performance of a single stage vapour compression heat pump cycle is significantly getting reduced. A two-stage cascade heat pump cycle operating with two different refrigerants provides a sustainable solution to lift the condenser temperature above 70 ℃. Calculation of thermal performance for various refrigerants pairs has been carried out by using Engineering Equation Solver software. The following refrigerants pairs R410A/R290, R410A/R1234yf, R410A/R134a, R410A/R407C, R32/R290, R32/R1234yf, R32/R134a, R32/R407C, R404A/R290, R404A/R1234yf, R404A/R134a, R404A/R407C, R744/R290, R744/R1234yf, R744/R134a, R744/R407C for low and high-temperature cycles have been tested numerically. R32/R134a and R410A/R134a shows the highest vapour compression cycle COP 1.98 from -30 ℃ ambient air temperature and +60 ℃ heating circuit temperature range, but they will be eventually suppressed in near future by Paris Agreement. As an environmentally friendly alternative to the previous pairs in the cascade cycle, R32/R290 and R744/R290 working fluids combinations are proposed.

Lorsque la température ambiante est basse, la capacité de chauffage et la performance d’une pompe à chaleur à compression de vapeur à un étage sont considérablement réduits. Une pompe à chaleur en cascade à deux étages qui fonctionne avec deux réfrigérants distincts fournit une solution durable pour élever la température du condenseur au-dessus de 70 ℃. Le calcul des performances thermiques pour différentes paires de réfrigérants a été effectué à l’aide du logiciel « Engineering Equation Solver ». La performance des paires de réfrigérants suivantes : R410A/R290, R410A/R1234yf, R410A/R134a, R410A/R407C, R32/R290, R32/R1234yf, R32/R134a, R32/R407C, R404A/R290, R404A/R1234yf, R404A/R1234yf, R407C, R744/R290, R744/R1234yf, R744/R134a, R744/R407C pour les cycles de basse et haute température a été évaluée numériquement. Pour une température d’air ambiant aussi basse que -30 ℃, et une température du circuit de chauffage de +60 ℃, les paires R32/R134a et R410A/R134a présentent le cycle de compression de vapeur le plus élevé (COP 1,98), mais ils devraient être à terme supprimés par l’Accord de Paris. Une alternative respectueuse de l’environnement est représentée par les paires de réfrigérant R32/R290 et R744/R290.

Cascade Heat Pump Continental Climate Refrigerant Pairs Thermodynamic Calculation COP Quality Factor Pressure Ratio Environmentally Friendly Working Fluid

Thermopompe à Cascade Climat Continental Paires de Réfrigérants Calculs Thermodynamiques COP Facteur de Qualité Rapport de Pression Réfrigérants Respectueux de l’Environnement