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).
熱エネルギーは主に 3 つの方法で蓄えられます。
- 賢明なストレージ
- 潜在ストレージ
- 熱化学保管。
さらに、採用されている 2 つの一般的な蓄熱戦略は次のとおりです。
- 負荷平準化戦略
- 負荷分散戦略
顕熱蓄熱
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:
- 貯水 – 水の熱容量が大きいため、タンクは冷水および温水システム内の蓄熱媒体として一般的に使用されます。
- 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.
潜熱蓄熱
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:
- 氷貯蔵 - 氷が生成され、冷水システムを冷却するために直接または間接的に使用されます。
- 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
- PCM 建築ファブリック – 相変化材料を建築ファブリックに使用して、建築マス内の蓄熱量を増やすことができます。
潜熱蓄熱に関連する資本コストの増加を考慮すると、潜熱蓄熱ソリューションは顕熱蓄熱ソリューションほど普及していません。ただし、潜在的なソリューションは同等の実用的なソリューションよりも重量が軽く、物理的に小さいため、資本コストは構造的な節約によって相殺できる可能性があります。
熱化学保管
熱化学貯蔵は、熱伝達のために媒体中の可逆的な化学反応を利用する蓄熱ソリューションです。上で説明した他の蓄熱ソリューションと同様に、熱化学蓄熱は、下の図に示す 3 つの主要な段階で構成されます。
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.
熱化学貯蔵の主な利点は、主要な潜在溶液の約 6 倍の貯蔵容量を提供できることです。しかし、資本コストが高いため、業界での熱化学ストレージの導入は進んでいません。
負荷平準化戦略
負荷平準化戦略は、1 日を通して建物の負荷を均等にすることを目的としています。このような戦略は、蓄熱装置を使用することで実現できます。システムは、建物の負荷がチラーの出力よりも大きい場合に放電し、建物の負荷がチラーの出力よりも小さい場合に充電します。これは下の図に示されており、冷却装置の負荷は建物負荷の 50% で一定です。負荷平準化システムの主な利点は、必要なチラーのサイズを削減できることです。
負荷分散戦略
負荷シフト戦略では、蓄熱エネルギーをピーク負荷時に使用できるように、オフピーク時に蓄熱を充電します。以下の図に示すように、オンピークの負荷全体をオフピーク時間にシフトすることを目的としています。冷凍機の運転を減らすかなくすことで、日中の消費電力が削減されます。この戦略は、オフピーク時のエネルギーコストの削減を利用するために一般的に使用されます。
環境エネルギー省 (オーストラリア)
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