Armazenamento térmico refere-se à aplicação de armazenamento de energia térmica em materiais para utilização posterior. A figura abaixo representa o ciclo de carga e descarga para sistemas de armazenamento térmico, ou seja, o armazenamento de energia (carga) e o uso da energia em um momento posterior que beneficia o usuário (descarga).
O armazenamento térmico pode resultar na redução dos custos operacionais, produzindo e armazenando a energia durante os períodos de baixo custo de fornecimento de energia (horário de pico/noite) e utilizando a energia armazenada durante os períodos de alto custo de fornecimento de energia (horário de pico/dia).
A energia térmica pode ser armazenada de três maneiras principais:
- Armazenamento Sensível
- Armazenamento latente
- Armazenamento Termoquímico.
Além disso, as duas estratégias comuns de armazenamento térmico empregadas são:
- Estratégia de nivelamento de carga
- Estratégia de Deslocamento de Carga
Armazenamento de calor sensível
O armazenamento de calor sensível refere-se ao armazenamento de calor dentro de um meio que não resulta em uma mudança de estado (por exemplo, líquido permanece líquido ou sólido permanece sólido). As duas principais fontes de armazenamento de calor sensível aplicáveis a edifícios comerciais são:
- Armazenamento de água – Devido à alta capacidade de calor da água, os tanques são comumente usados como meio de armazenamento térmico em sistemas de água gelada e água quente.
- Massa do Edifício – Ao aumentar a massa térmica do edifício usando materiais densos (tijolos, lajes de concreto, etc.), as cargas de pico podem ser minimizadas. Esses materiais densos são capazes de armazenar calor ao longo do dia, irradiando calor de volta para o espaço quando a temperatura ambiente cai ou, alternativamente, resfriam durante a noite e removem o calor do espaço durante o dia.
Armazenamento de calor latente
Ao contrário do armazenamento de calor sensível, o armazenamento de calor latente utiliza um meio que transfere calor por mudança de estado (por exemplo, líquido para sólido). Dada esta capacidade adicional de mudança de fase, os sistemas de calor latente têm maior capacidade de armazenar energia do que os sistemas de armazenamento de calor sensível, quando do mesmo tamanho físico. Os principais métodos de armazenamento de calor latente na indústria HVAC são:
- Armazenamento de Gelo – O gelo é gerado e usado direta ou indiretamente para resfriar o sistema de água gelada
- Material de mudança de fase (PCM) - PCM normalmente usa formulações de sal específicas para aumentar o ponto de congelamento do material acima da temperatura de abastecimento de água gelada, para que o material possa ser congelado com água gelada, para armazenar a energia para uso posterior
- Malha de Construção PCM – Materiais de mudança de fase podem ser usados na malha de construção para aumentar o armazenamento térmico na massa da construção.
Dado o aumento do custo de capital associado ao armazenamento de calor latente, eles não são tão prevalentes quanto as soluções de armazenamento de calor sensível. No entanto, como as soluções latentes pesam menos e são fisicamente menores do que as soluções sensatas equivalentes, os custos de capital podem ser compensados por economias estruturais.
Armazenamento Termoquímico
O armazenamento termoquímico é uma solução de armazenamento térmico que utiliza uma reação química reversível no meio para transferência de calor. Semelhante às outras soluções de armazenamento térmico discutidas acima, o armazenamento termoquímico consiste em três estágios principais, mostrados na Figura abaixo.
Durante o ciclo de carregamento, um material termoquímico absorve calor por meio de uma reação endotérmica (heat in) e produz dois produtos químicos (produtos químicos A + B). Os produtos químicos A + B são então separados e armazenados. Durante o ciclo de descarga, esses produtos químicos são recombinados através de uma reação exotérmica (heat out) reformando o material termoquímico original e liberando calor.
A principal vantagem do armazenamento termoquímico é que ele oferece aproximadamente seis vezes a capacidade de armazenamento das principais soluções latentes. No entanto, devido aos altos custos de capital, a adoção do armazenamento termoquímico pela indústria é baixa.
Estratégia de nivelamento de carga
Uma estratégia de nivelamento de carga visa equalizar as cargas do edifício ao longo do dia. Tal estratégia pode ser implementada pelo uso de armazenamento térmico, onde o sistema descarrega quando a carga do prédio é maior que a saída do chiller e carrega quando a carga do prédio é menor que a saída do chiller. Isso é ilustrado na Figura abaixo, onde a carga do resfriador é uma constante de 50% da carga do edifício. A principal vantagem do sistema de nivelamento de carga é que o tamanho necessário do chiller pode ser reduzido.
Estratégia de Deslocamento de Carga
A estratégia de deslocamento de carga é onde o armazenamento térmico é carregado fora dos horários de pico, de modo que a energia armazenada possa ser usada durante os horários de pico de carga. Tem como objetivo deslocar toda a carga de pico para fora do horário de pico, conforme Figura abaixo. Reduzindo ou eliminando a operação do chiller, a eletricidade consumida durante o dia é reduzida. Essa estratégia é comumente usada para aproveitar os custos de energia fora do horário de pico.
Departamento de Meio Ambiente e Energia (Austrália)
