Experimental Testing and Modelling of Variable Capacity Air-to-Air Heat Pumps

La consommation énergétique des bâtiments représente une fraction importante de notre consommation énergétique globale et de nos émissions de gaz à effet de serre ; il devient donc essentiel d'améliorer leur efficacité. Les pompes à chaleur contribuent grandement à cet effort d'efficacité en diminuant significativement la consommation d'énergie de chauffage. Les pompes à chaleur de type air-air (qui utilisent l'air ambiant comme source de chaleur)sont assez populaires parce qu'elles ont un coût d'investissement sensiblement plus bas que les pompes à chaleur géothermiques. Elles sont cependant pénalisées par une efficacité et une capacité plus faibles lorsque la température ambiante est très basse, ce qui est particulièrement critique dans les climats froids. De plus, les pompes à chaleur à capacité fixe subissent une baisse d'efficacité provoquée par une opération intermittente. Un type plus récent de pompe à chaleur équipée d'un compresseur à vitesse variable ne rencontre pas ces problèmes, mais leur coût d'investissement est toutefois plus élevé. La capacité variable introduit un niveau de complexité supplémentaire dans le design de systèmes de chauffage, ventilation et conditionnement d'air (CVCA), et il y a un manque de modèles dynamiques comparé à ce qui existe pour des capacités fixes. De plus, les données de performance fournies par les manufacturiers sont généralement incomplètes, ce qui rend encore plus difficile l'estimation des performances. L'objectif de ce mémoire est de développer un modèle permettant d'intégrer ce type de machine dans des simulations d'installations CVCA. Ce modèle, développé dans le logiciel TRNSYS, se base sur des cartes de performance. Dans le but d'en établir une qui soit complète et précise, des tests expérimentaux ont été effectués au laboratoire de CanmetÉNERGIE à Varennes. Ces tests permettent aussi d'analyser et de modéliser les stratégies de contrôle de la machine. Les tests montrent que la capacité en chauffage indiquée dans les données du manufacturier est un petit peu surestimée à basse température, mais elle correspond assez bien aux mesures au-delà de −10 °C. Les valeurs de capacité en climatisation semblent avoir une corrélation moindre avec la température extérieure, mais des tendances similaires sont néanmoins observées. Le coefficient de performance semble quant à lui correspondre assez bien aux mesures, ce qui permet d'utiliser avec confiance ces données dans le modèle. Des régressions sont déduites des résultats expérimentaux afin de pouvoir extrapoler la carte de performance aux conditions qui ne sont pas couvertes. Elles permettront aux utilisateurs du modèle d'établir une carte de performance complète, même sans effectuer de tests.