Thermal storage refers to the application of storing thermal energy in materials for later utilisation . Figure below depicts the charge and discharge cycle for thermal storage systems, i.e. the storage of energy (charging) and the use of energy at a later time that benefits the user (discharging).
Thermal storage can result in the reduction of operating costs by producing and storing the energy during periods of low energy supply cost (off-peak/night time) and utilising the stored energy during periods of high energy supply cost (peak/day time).
La energía térmica se puede almacenar de tres formas principales:
- Almacenamiento sensato
- Almacenamiento latente
- Almacenamiento termoquímico.
Además, las dos estrategias comunes de almacenamiento térmico empleadas son:
- Estrategia de nivelación de carga
- Estrategia de cambio de carga
Almacenamiento de calor sensible
Sensible heat storage refers to the heat storage within a medium that does not result in a change of state (e.g. liquid remains liquid or solid remains solid). The two main sources of sensible heat storage applicable to commercial buildings are:
- Almacenamiento de agua: debido a la alta capacidad calorífica del agua, los tanques se utilizan comúnmente como medio de almacenamiento térmico dentro de los sistemas de agua fría y agua caliente.
- Building Mass – By increasing the thermal mass of the building using dense materials (bricks, concrete slabs, etc.) peak loads can be minimised. These dense materials are able to store heat throughout the day, radiating heat back into the space when ambient temperatures have dropped, or alternatively, cool down over night and remove heat from the space during the day.
Almacenamiento de calor latente
Unlike sensible heat storage, latent heat storage utilises a medium that transfers heat by changing state (e.g. liquid to solid). Given this additional phase change capability, latent heat systems have greater capacity to store energy than those of sensible heat storage systems, when the same physical size. The main methods of latent heat storage within the HVAC industry are:
- Almacenamiento de hielo: el hielo se genera y utiliza directa o indirectamente para enfriar el sistema de agua helada.
- Phase Change Material (PCM) – PCM typically use specific salt formulations to increase the freezing point of the material above the chilled water supply temperature, so the material can be frozen with chilled water, to store the energy for later use
- Estructura de construcción PCM: se pueden utilizar materiales de cambio de fase en la estructura del edificio para aumentar el almacenamiento térmico en la masa del edificio.
Dado el mayor costo de capital asociado con el almacenamiento de calor latente, no son tan frecuentes como las soluciones de almacenamiento de calor sensible. Sin embargo, dado que las soluciones latentes pesan menos y son físicamente más pequeñas que las soluciones sensibles equivalentes, los costos de capital pueden potencialmente compensarse con ahorros estructurales.
Almacenamiento termoquímico
El almacenamiento termoquímico es una solución de almacenamiento térmico que utiliza una reacción química reversible en el medio para la transferencia de calor. Al igual que las otras soluciones de almacenamiento térmico analizadas anteriormente, el almacenamiento termoquímico consta de tres etapas principales, como se muestra en la figura siguiente.
During the charging cycle a thermo-chemical material absorbs heat through an endothermic reaction (heat in) and produces two product chemicals (chemicals A + B). Chemicals A + B are then separated and stored. During the discharge cycle, these chemicals are recombined through an exothermic reaction (heat out) reforming the original thermo-chemical material and liberating heat.
La principal ventaja del almacenamiento termoquímico es que ofrece aproximadamente seis veces la capacidad de almacenamiento de las principales soluciones latentes. Sin embargo, debido a los altos costos de capital, la adopción industrial del almacenamiento termoquímico es baja.
Estrategia de nivelación de carga
Una estrategia de nivelación de cargas tiene como objetivo igualar las cargas del edificio a lo largo del día. Esta estrategia se puede implementar mediante el uso de almacenamiento térmico, donde el sistema descarga cuando la carga del edificio es mayor que la salida del enfriador y se carga cuando la carga del edificio es menor que la salida del enfriador. Esto se ilustra en la figura siguiente, donde la carga del enfriador es un 50% constante de la carga del edificio. La principal ventaja del sistema de nivelación de carga es que se puede reducir el tamaño requerido del enfriador.
Estrategia de cambio de carga
La estrategia de cambio de carga consiste en cargar el almacenamiento térmico durante las horas de menor actividad, de modo que la energía almacenada se pueda utilizar durante las horas de mayor carga. Su objetivo es trasladar toda la carga de las horas pico a las horas de menor actividad, como se muestra en la Figura siguiente. Al reducir o eliminar el funcionamiento de la enfriadora, se reduce la electricidad consumida durante el día. Esta estrategia se utiliza comúnmente para aprovechar los menores costos de energía fuera de las horas pico.
Departamento de Medio Ambiente y Energía (Australia)
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