Optimisation of Defrost Strategy for an Air-to-Water Heat Pump: Dynamic Modelling and Experimental Study of Frost Formation on Cross-Flow Heat Exchanger Surface
Translated title
Optimering af afrimningsstrategi for luft-til-vand varmepumpe: Dynamisk modellering og experimentielt studie af rimudvikling på cross-flow varmeveksleroverflade
Authors
Schmidt, Emil Østergaard ; Kristensen, Mikael Skrydstrup
Term
4. term
Education
Publication year
2003
Submitted on
2003-06-03
Pages
140
Abstract
Frost kan opbygges på den udendørs varmeveksler i luftkilde-varmepumper i koldt vejr, hvilket hæmmer luftstrømmen og sænker ydelsen. Projektet har til formål at forbedre afrimningsstrategien for en DVI LV9 Combi, som i dag afrimer efter et fast interval på 60 minutter. Vi udvikler en model, der vurderer, hvordan frost på fordamperen (den kolde del, som optager varme) reducerer ydelsen, og som fastlægger det optimale tidspunkt at starte afrimning. Modellen valideres med målinger ved 65–85% relativ fugtighed og lufttemperaturer fra −4 til 4°C. To 5-timers forsøg under identiske forhold sammenligner den nuværende strategi med den modelbaserede. Under disse forhold anbefaler modellen et 35-minutters interval, som svarer til det tidspunkt, hvor ydelsen ellers ville falde markant. Den nye timing giver en mere stabil drift, men øger ikke COP nævneværdigt (COP er forholdet mellem afgivet varme og elforbrug). Den større stabilitet kan give DVI Energi mulighed for at sænke overhedningsreferencen (en styreparameter i kølekredsen) og dermed forbedre ydelsen.
Frost can build up on the outdoor heat exchanger of air-source heat pumps in cold weather, blocking airflow and reducing output. This project aims to improve the defrosting strategy of a DVI LV9 Combi heat pump, which currently defrosts on a fixed 60-minute timer. We develop a model that estimates how frost on the evaporator (the cold coil that absorbs heat) reduces performance and identifies the optimal time to start defrosting. The model is validated with measurements at 65–85% relative humidity and air temperatures from −4 to 4°C. Two 5-hour tests under identical conditions compare the current strategy with the model-based one. Under these conditions, the model recommends a 35-minute interval, matching the point where performance would otherwise drop significantly. The new timing gives more stable operation, but it does not significantly increase the coefficient of performance (COP, a measure of efficiency). Greater stability may allow DVI Energi to lower the superheat setpoint (a control parameter in the refrigeration cycle) and further improve performance.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents