Le stockage thermique fait référence à l'application du stockage de l'énergie thermique dans des matériaux pour une utilisation ultérieure. La figure ci-dessous illustre le cycle de charge et de décharge des systèmes de stockage thermique, c'est-à-dire le stockage de l'énergie (charge) et l'utilisation ultérieure de l'énergie au profit de l'utilisateur (décharge).
Le stockage thermique peut entraîner une réduction des coûts d'exploitation en produisant et en stockant l'énergie pendant les périodes de faible coût d'approvisionnement énergétique (heures creuses/nuit) et en utilisant l'énergie stockée pendant les périodes de coût d'approvisionnement énergétique élevé (heures de pointe/journée).
L'énergie thermique peut être stockée de trois façons principales :
- Stockage judicieux
- Stockage latent
- Stockage thermochimique.
De plus, les deux stratégies courantes de stockage thermique utilisées sont :
- Stratégie de nivellement de charge
- Stratégie de transfert de charge
Stockage de chaleur sensible
Le stockage de chaleur sensible fait référence au stockage de chaleur dans un milieu qui n'entraîne pas de changement d'état (par exemple, le liquide reste liquide ou le solide reste solide). Les deux principales sources de stockage de chaleur sensible applicables aux bâtiments tertiaires sont :
- Stockage de l'eau - En raison de la capacité calorifique élevée de l'eau, les réservoirs sont couramment utilisés comme moyen de stockage thermique dans les systèmes d'eau glacée et d'eau chaude
- Masse du bâtiment – En augmentant la masse thermique du bâtiment à l'aide de matériaux denses (briques, dalles de béton, etc.), les charges de pointe peuvent être minimisées. Ces matériaux denses sont capables de stocker la chaleur tout au long de la journée, de renvoyer la chaleur dans l'espace lorsque les températures ambiantes ont chuté, ou de se refroidir pendant la nuit et d'évacuer la chaleur de l'espace pendant la journée.
Stockage de chaleur latente
Contrairement au stockage de chaleur sensible, le stockage de chaleur latente utilise un milieu qui transfère la chaleur en changeant d'état (par exemple liquide à solide). Compte tenu de cette capacité de changement de phase supplémentaire, les systèmes à chaleur latente ont une plus grande capacité de stockage d'énergie que ceux des systèmes de stockage de chaleur sensible, à taille physique identique. Les principales méthodes de stockage de chaleur latente dans l'industrie du CVC sont :
- Stockage de glace - La glace est générée et utilisée directement ou indirectement pour refroidir le système d'eau glacée
- Matériau à changement de phase (PCM) - Le PCM utilise généralement des formulations de sel spécifiques pour augmenter le point de congélation du matériau au-dessus de la température d'alimentation en eau réfrigérée, de sorte que le matériau puisse être congelé avec de l'eau réfrigérée, pour stocker l'énergie pour une utilisation ultérieure
- Tissu de construction PCM - Des matériaux à changement de phase peuvent être utilisés dans le tissu de construction pour augmenter le stockage thermique dans la masse du bâtiment.
Compte tenu de l'augmentation des coûts d'investissement associés au stockage de chaleur latente, ils ne sont pas aussi répandus que les solutions de stockage de chaleur sensible. Cependant, étant donné que les solutions latentes pèsent moins et sont physiquement plus petites que les solutions sensibles équivalentes, les coûts en capital peuvent potentiellement être compensés par des économies structurelles.
Stockage thermochimique
Le stockage thermochimique est une solution de stockage thermique qui utilise une réaction chimique réversible dans le milieu pour le transfert de chaleur. Semblable aux autres solutions de stockage thermique décrites ci-dessus, le stockage thermochimique se compose de trois étapes principales, illustrées dans la figure ci-dessous.
Pendant le cycle de charge, un matériau thermochimique absorbe la chaleur par une réaction endothermique (chaleur entrante) et produit deux produits chimiques (produits chimiques A + B). Les produits chimiques A + B sont ensuite séparés et stockés. Pendant le cycle de décharge, ces produits chimiques sont recombinés par une réaction exothermique (chaleur) reformant le matériau thermochimique d'origine et libérant de la chaleur.
Le principal avantage du stockage thermochimique est qu'il offre environ six fois la capacité de stockage des principales solutions latentes. Cependant, en raison des coûts d'investissement élevés, l'adoption du stockage thermochimique par l'industrie est faible.
Stratégie de nivellement de charge
Une stratégie de nivellement de charge vise à égaliser les charges du bâtiment tout au long de la journée. Une telle stratégie peut être mise en œuvre en utilisant le stockage thermique, où le système se décharge lorsque la charge du bâtiment est supérieure à la sortie du refroidisseur et se charge lorsque la charge du bâtiment est inférieure à la sortie du refroidisseur. Ceci est illustré dans la figure ci-dessous où la charge du refroidisseur est constante à 50 % de la charge du bâtiment. Le principal avantage du système de nivellement de charge est que la taille requise du refroidisseur peut être réduite.
Stratégie de transfert de charge
La stratégie de transfert de charge consiste à charger le stockage thermique pendant les heures creuses de sorte que l'énergie stockée puisse être utilisée pendant les périodes de charge maximale. Il vise à déplacer l'intégralité de la charge de pointe vers les heures creuses, comme le montre la figure ci-dessous. En réduisant ou en éliminant le fonctionnement du refroidisseur, l'électricité consommée pendant la journée est réduite. Cette stratégie est couramment utilisée pour tirer parti des coûts énergétiques moins élevés en période creuse.
Département de l'environnement et de l'énergie (Australie)
