熱エネルギー貯蔵（TES）には、貯蔵媒体に熱（熱）エネルギーを追加し、その媒体から除去するために他の時間に使用することが含まれます。これには、熱エネルギーを高温（熱貯蔵）または低温（クールストレージ）で保存することが含まれます。
In HVAC applications, the most-common storage media used for cool thermal storage are ice and water. A chilled-water storage system uses the sensible-heat capacity of a large volume of water to store thermal energy. A chiller is used to lower the temperature of water, and this cool water is stored in a large tank for use at another time. An ice storage system, however, uses the latent capacity of water, associated with changing phase from a solid (ice) to a liquid (water), to store thermal energy.
いくつかの氷貯蔵技術が導入され、短期間栄え、その後市場を去りました。グリコールベースの氷貯蔵システムは、シンプルで、従来の冷水システムに似ているため、引き続き非常に人気があります。冷水システムに適したアプリケーションは、グリコールベースの氷貯蔵の候補です。
This type of ice storage system uses a chiller to cool a heat-transfer fluid, often a mixture of water and antifreeze (such as glycol), to a temperature below the freezing point of water. This fluid is pumped through one or more ice storage tanks, where heat is transferred from the water inside the tank to the heat-transfer fluid. This causes the water inside the tank to freeze.
後で熱エネルギーが必要な場合、熱伝達液は再び貯蔵タンクを通って汲み上げられますが、現在は水の凍結点の上の温度になります。熱は熱伝達液からタンク内に保管された氷に移動し、氷を溶かします。
HVACシステムに氷の保管を追加すると、高コストの電力の時代から低コストの電力の時期にチラーの動作をシフトすることにより、冷却に関連するユーティリティコストを削減できます。
上の図は、建物の例の設計日冷却負荷プロファイルを示しています。真夜中から午前6時の間、建物は空いていないため、冷却荷重はありません。午前6時に、建物が占有され始め、冷却荷重が増加します。冷却荷重は午前11時から午後4時まで最高であり、人々が建物を離れるにつれて午後5時後に劇的に減少します。真夜中に去る前に、夕方の時間を通して続く小さな冷却荷重があります。
ほとんどの電力会社は、昼間の間に電力に対する最大の需要を経験しており、容量不足に直面している人もいます。これらの時期に電力使用の削減を促進するために、多くの電力会社は、これらの高い需要の期間中に高コストの電力の時間窓を作成する時刻の料金を確立しています。電気のコストが高い時間は、しばしば「ピーク時」と呼ばれます。一方、「オフピーク」期間とは、電気のコストが低い時間を指します。
この同じ例の建物では、正午から午後8時まではピーク時期として定義されます。他のすべての時間は、オフピーク期間として定義されます。
Another common component of the electric utility rate is a demand charge. This is a fee based on the highest power (kW) draw, or demand, used by the building during a specified time frame. Typically, either the demand charge only applies to the on-peak period, or the on-peak demand charge is significantly higher than the off-peak demand charge.
氷貯蔵システムは、氷を溶かすことにより、毎月のユーティリティコストを削減して、ピーク時期に建物の冷却荷重を満たします。これにより、その時間枠中にチラーを操作するために必要な電気を回避または大幅に削減します。チラーの動作はオフピーク期間にシフトされ、その間に電力のコストが低く、需要料金が低く、または存在しません。その期間中にチラーは、貯蔵タンク内の水を凍結するために使用され、ピーク時まで熱エネルギーを保存します。
この例では、正午から午後8時の間に発生するピーク時に発生する建物の冷却荷重は、貯蔵された氷を溶かすことで満たされ、チラーはオフになります。
しばしば「フルストレージシステム」と呼ばれるこのタイプのシステムは、タンクの保管容量が特定の日のピーク時の冷却荷重を満たすのに十分な大きさである場合にのみ可能です。
ただし、フルストレージシステムのインストールコストは実行可能ではない場合があります。多くの氷貯蔵システムには、ピーク時の冷却荷重の一部のみを満たすのに十分な能力があります。このタイプのシステムは、多くの場合、「部分的な貯蔵システム」と呼ばれます。
この例では、部分貯蔵システムでは、ピーク時に発生する冷却荷重は、氷を溶かし、チラーを操作することで満たされます。チラーは容量を減らして動作し、エネルギーを消費し、電力が少なくなります。チラーが提供する容量よりも大きい冷却荷重は、保存された氷を溶かすことで満たされます。
チラーの電源を切るか、容量を大幅に削減し、オンピーク期間中にこの高価格の電力の消費量を減らし、ピーク時の電気需要を減らします。両方とも、毎月のユーティリティ請求書が低下する可能性があります。
At first glance, it might appear that an ice storage system designed to reduce on-peak electrical demand (kW) is the same as a system designed to reduce on-peak electrical consumption (kWh). Which of the two is most important, however, can significantly change how the system is designed and/or controlled.
To reduce the on-peak demand, the system should melt ice only when the electrical demand of the building is highest. It is perfectly acceptable to have ice remaining inside the tank at the end of the day. This approach, called “peak shaving,” is commonly used when the on-peak electrical demand (kW) rate is high, but the electrical consumption (kWh) rates are nearly equal from off-peak to on-peak periods. Peak shaving attempts to find the optimum balance between reducing on-peak electrical demand (by melting ice and operating the chiller at reduced capacity) and avoiding significantly increasing off-peak electrical consumption (which happens when the chiller needs to operate in the ice-making mode).
Alternatively, to reduce on-peak electrical consumption, the system should melt as much ice as possible every day. This approach, called “load shifting,” is commonly used when the on-peak electrical consumption (kWh) rate is significantly higher than the off-peak consumption rate. Load shifting attempts to reduce on-peak electrical consumption as much as possible by melting all of the ice during the on-peak period, and shifting chiller operation to the off-peak period.
ピークシェービング用に設計されたシステムは、負荷シフト用に設計されたシステムと同じ氷貯蔵容量を持つ可能性がありますが、これらの2つのシステムは異なる方法で制御されています。
毎月のユーティリティコストの削減に加えて、氷貯蔵のもう1つの潜在的な利点は、機械的冷却装置のサイズと容量を減らすことです。
When ice storage is used to satisfy all or part of the design (or worst-case) cooling load, the chiller may be able to be downsized as long as the downsized chiller has sufficient time to re-freeze the water inside the tanks.
電気的に駆動された小さなチラーは、建物への電気サービスが小さい場合もあり、設置コストを削減することもできます。
潜在的な利点
- ユーティリティコストの削減
- Lower on-peak electrical consumption (kWh)
- Lower on-peak electrical demand (kW)
- 機器のサイズが小さくなります
- より小さなチラー
- Smaller electrical service (A)
- インストールコストの削減
- ユーティリティリベートまたはその他のインセンティブの資格があります
While the ice storage tanks add to the installed cost of the system, the impact of downsizing the mechanical cooling equipment may offset some (or all) of this added cost. Additionally, some electric utility companies offer rebates or other incentives when ice storage is used to reduce on-peak electrical demand. When these incentives are available, adding ice storage may even reduce the overall installed cost of the system.
一部のインストールでは、これらの利点のそれぞれが実現される場合があります。ただし、他のインストールでは、1つ以上のインストールが発生しない場合があります。たとえば、氷の保管を追加するとユーティリティコストが削減される可能性がありますが、タンク内の水を再凍結するのに利用できる時間は非常に短いため、チラーは水を十分に速く凍結するために同じサイズのままでなければなりません。
リファレンス
TRC019-enアイスストレージシステム
参照をダウンロードしてください
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