A performance comparison of heat pumps using a scroll (Sanden) and a reciprocating (Bitzer) compressor was conducted experimentally. The refrigerant used was R600a (isobutane). The heat pump components were evaluated performance-wise through: volumetric and isentropic efficiency of the compressors; the UA-value of the condensers and evaporators; sensible enthalpy differences between the liquid and the suction line in the internal heat exchanger; and overall heat pump system comparison as the coefficient of performance. The Bitzer heat pump had existing measuring devices and equipment installed, and it was already filled with refrigerant. The Sanden heat pump required installation of equipment and measuring devices and a refrigerant refill. The refrigerant charge was decided according to the criteria of the lowest compressor speed, which had an effect of overcharge for higher speeds. The measurements included the temperature of water and refrigerant, pressure of the refrigerant, water volume flow, and compressor power. The heat pumps performances were then evaluated based on these parameters. The Sanden compressor showed higher volumetric efficiency than the Bitzer compressor, for the two lower (out of three) speeds of the compressor. The isentropic efficiency of the Bitzer compressor proved to be higher for all pressure ratios out of the three speeds respectively. The condenser in the Bitzer heat pump showed proper UA-values based on the temperature differences between refrigerant and heat sink. The UA-values of the Sanden heat pump condenser did not increase with compressor speed which then gave a larger temperature difference between refrigerant and heat sink, for the two higher compressor speeds. The evaporators had a similar issue with the temperature difference between refrigerant and heat source, which also showed on the UA-values. The internal heat exchanger in the Bitzer heat pump had a larger sensible enthalpy difference on the suction side compared to the liquid side, when condenser subcooling was low, indicating that some fraction of refrigerant was being condensed instead. The Sanden heat pump instead had higher condenser subcooling and the sensible enthalpy difference showed to be very low in the internal heat exchanger. Finally, the coefficient of performance showed to be slightly higher in the Bitzer heat pump for almost all evaluated condensation and evaporation temperatures. / En jämförelse av prestandan för två värmepumpar, en med scroll- (Sanden) och en med kolvkompressor (Bitzer) har gjorts. Köldmedlet som användes var R600a (isobutan). Komponenterna och hur deras prestanda blev utvärderad följer här: kompressorernas volymetriska och isentropisk verkningsgrad; kondensorns och förångarens UA-värden; den sensibla entalpiskillnaden mellan gas- och vätskeledning i den interna värmeväxlaren; en övergripande jämförelse av värmepumparna i form av deras värmefaktor. Värmepumpen med Bitzerkompressor utvärderades med befintliga komponenter och mätutrustning, och en redan fylld mängd köldmedium. Värmepumpen med Sandenkompressor installerades med mätutrustning och komponenter, och fylldes med köldmedium. Mängden köldmedium bestämdes utifrån kriterier för det lägsta varvtalet på kompressorn, vilket visade sig ge en för stor mängd köldmedium vid de högre varvtalen. Mätningarna inkluderade temperatur på vatten och köldmedium, köldmediets tryck, vattnets volymflöde samt kompressorns effektbehov. Prestandan för värmepumparna är sedan utvärderad utifrån dessa data. Sandenkompressorn visade en högre volymetrisk verkningsgrad för de två lägre (av tre) hastigheterna utvärderade i experimenten, jämfört med Bitzer. Den isentropiska verkningsgraden var högre i Bitzerkompressorn för samtliga tryckförhållanden för de tre respektive hastigheterna. Kondensorn i Bitzervärmepumpen uppvisade goda UA-värden, baserat på temperaturskillnaderna mellan köldmedium och värmesänka. Kondensorn i Sandenvärmepumpen visade ingen förbättring av UA-värden när kompressorns hastighet ökade, vilket i sin tur gav upphov till stora temperaturskillnader mellan köldmediet och värmesänkan. Förångarna i båda värmepumparna uppvisade liknande problem med höga temperaturskillnader mellan värmekälla och köldmedium, vilket även deras UA-värden visade. Den interna värmeväxlaren i Bitzervärmepumpen visade större skillnad i den sensibla entalpin på sug- jämfört med vätskesidan, när underkylningen i kondensorn var låg, vilket indikerade på att en del av köldmediet istället kondenserade. I Sandenvärmepumpen var kondensorns underkylning högre vilket då uppvisade en liten skillnad i den sensibla entalpin mellan de båda sidorna. Slutligen så visade Bitzervärmepumpen en något högre värmefaktor än Sandenvärmepumpen för nästan alla utvärderade kondenserings- och förångningstemperaturer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-303493 |
| Date | January 2021 |
| Creators | KRONSTRÖM, CHRISTOFER |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2021:489 |
Page generated in 0.0025 seconds