L'accumulo termico si riferisce all'applicazione dell'immagazzinamento dell'energia termica nei materiali per un successivo utilizzo. La figura seguente illustra il ciclo di carica e scarica per i sistemi di accumulo termico, ovvero l'accumulo di energia (carica) e l'utilizzo dell'energia in un secondo momento a vantaggio dell'utente (scarica).
L'accumulo termico può comportare la riduzione dei costi operativi producendo e immagazzinando l'energia durante i periodi di basso costo di approvvigionamento energetico (ore non di punta/notte) e utilizzando l'energia immagazzinata durante i periodi di alto costo di approvvigionamento energetico (ore di punta/giorno).
L'energia termica può essere immagazzinata in tre modi principali:
- Stoccaggio ragionevole
- Archiviazione latente
- Stoccaggio termochimico.
Inoltre, le due comuni strategie di accumulo termico impiegate sono:
- Strategia di livellamento del carico
- Strategia di spostamento del carico
Accumulo di calore sensibile
L'accumulo di calore sensibile si riferisce all'accumulo di calore all'interno di un mezzo che non si traduce in un cambiamento di stato (ad es. il liquido rimane liquido o il solido rimane solido). Le due principali fonti di accumulo di calore sensibile applicabili agli edifici commerciali sono:
- Stoccaggio dell'acqua - A causa dell'elevata capacità termica dell'acqua, i serbatoi sono comunemente usati come mezzo di accumulo termico all'interno di sistemi di acqua refrigerata e acqua calda
- Massa dell'edificio – Aumentando la massa termica dell'edificio utilizzando materiali densi (mattoni, lastre di cemento, ecc.) è possibile ridurre al minimo i picchi di carico. Questi materiali densi sono in grado di immagazzinare il calore durante il giorno, irradiandolo nuovamente nello spazio quando la temperatura ambiente scende o, in alternativa, si raffreddano durante la notte e rimuovono il calore dallo spazio durante il giorno.
Accumulo di calore latente
A differenza dell'accumulo di calore sensibile, l'accumulo di calore latente utilizza un mezzo che trasferisce il calore cambiando stato (ad es. da liquido a solido). Data questa ulteriore capacità di cambiamento di fase, i sistemi di calore latente hanno una maggiore capacità di immagazzinare energia rispetto a quelli dei sistemi di accumulo di calore sensibile, a parità di dimensioni fisiche. I principali metodi di accumulo di calore latente nel settore HVAC sono:
- Stoccaggio del ghiaccio: il ghiaccio viene generato e utilizzato direttamente o indirettamente per raffreddare il sistema ad acqua refrigerata
- Materiale a cambiamento di fase (PCM) - Il PCM utilizza tipicamente formulazioni saline specifiche per aumentare il punto di congelamento del materiale al di sopra della temperatura di alimentazione dell'acqua refrigerata, in modo che il materiale possa essere congelato con acqua refrigerata, per immagazzinare l'energia per un uso successivo
- Tessuto edilizio PCM – I materiali a cambiamento di fase possono essere utilizzati nel tessuto edilizio per aumentare l'accumulo termico nella massa dell'edificio.
Dato l'aumento del costo del capitale associato all'accumulo di calore latente, non sono così diffusi come le soluzioni di accumulo di calore sensibile. Tuttavia, poiché le soluzioni latenti pesano meno e sono fisicamente più piccole di soluzioni sensibili equivalenti, i costi di capitale possono essere potenzialmente compensati da risparmi strutturali.
Stoccaggio termochimico
L'accumulo termochimico è una soluzione di accumulo termico che utilizza una reazione chimica reversibile nel mezzo per il trasferimento di calore. Analogamente alle altre soluzioni di accumulo termico discusse sopra, l'accumulo termochimico è costituito da tre fasi principali, mostrate nella figura seguente.
Durante il ciclo di carica un materiale termochimico assorbe calore attraverso una reazione endotermica (heat in) e produce due prodotti chimici (chemicals A + B). Le sostanze chimiche A + B vengono quindi separate e immagazzinate. Durante il ciclo di scarica, queste sostanze chimiche vengono ricombinate attraverso una reazione esotermica (heat out) riformando il materiale termochimico originale e liberando calore.
Il vantaggio principale dello stoccaggio termochimico è che offre circa sei volte la capacità di stoccaggio delle principali soluzioni latenti. Tuttavia, a causa degli elevati costi di capitale, l'adozione da parte dell'industria dello stoccaggio termochimico è bassa.
Strategia di livellamento del carico
Una strategia di livellamento del carico mira a pareggiare i carichi dell'edificio durante il giorno. Tale strategia può essere implementata mediante l'uso dell'accumulo termico, in cui il sistema si scarica quando il carico dell'edificio è maggiore della potenza del refrigeratore e si carica quando il carico dell'edificio è inferiore alla potenza del refrigeratore. Ciò è illustrato nella figura seguente, dove il carico del refrigeratore è costante al 50% del carico dell'edificio. Il vantaggio principale del sistema di livellamento del carico è che la dimensione del refrigeratore richiesta può essere ridotta.
Strategia di spostamento del carico
La strategia di spostamento del carico è il punto in cui l'accumulo termico viene caricato durante le ore non di punta in modo tale che l'energia immagazzinata possa essere utilizzata durante le ore di carico di punta. Ha lo scopo di spostare l'intero carico nelle ore di punta nelle ore non di punta, come mostrato nella figura seguente. Riducendo o eliminando il funzionamento del chiller si riduce l'energia elettrica consumata durante il giorno. Questa strategia viene comunemente utilizzata per sfruttare i costi energetici inferiori nelle ore non di punta.
Dipartimento dell'ambiente e dell'energia (Australia)
