O armazenamento de energia térmica (TES) envolve a adição de energia de calor (térmica) a um meio de armazenamento e remove -o desse meio para uso em outro momento. Isso pode envolver o armazenamento de energia térmica em altas temperaturas (armazenamento de calor) ou a baixas temperaturas (armazenamento frio).
Nas aplicações HVAC, os meios de armazenamento mais comuns usados para armazenamento térmico frio são gelo e água. Um sistema de armazenamento de água gelada usa a capacidade de calor sensível de um grande volume de água para armazenar energia térmica. Um chiller é usado para diminuir a temperatura da água, e essa água fria é armazenada em um tanque grande para uso em outro momento. Um sistema de armazenamento de gelo, no entanto, usa a capacidade latente da água, associada à alteração da fase de um sólido (gelo) para um líquido (água), para armazenar energia térmica.
Várias tecnologias de armazenamento de gelo foram introduzidas, floresceram por um curto período de tempo e, posteriormente, deixaram o mercado. Os sistemas de armazenamento de gelo baseados em glicol continuam sendo muito populares porque são simples e são semelhantes aos sistemas convencionais de água gelada. Qualquer aplicação adequada para um sistema de água gelada é um candidato ao armazenamento de gelo baseado em glicol.
Esse tipo de sistema de armazenamento de gelo usa um resfriador para resfriar um fluido de transferência de calor, geralmente uma mistura de água e anticongelante (como glicol), a uma temperatura abaixo do ponto de congelamento da água. Esse fluido é bombeado através de um ou mais tanques de armazenamento de gelo, onde o calor é transferido da água dentro do tanque para o fluido de transferência de calor. Isso faz com que a água dentro do tanque congelasse.
Quando a energia térmica é necessária posteriormente, o fluido de transferência de calor é novamente bombeado pelo tanque de armazenamento, mas agora a uma temperatura acima do ponto de congelamento da água. O calor é transferido do fluido de transferência de calor para o gelo armazenado dentro do tanque, fazendo com que o gelo derrete.
A adição de armazenamento de gelo a um sistema HVAC pode reduzir os custos de utilidade associados ao resfriamento, mudando a operação do chiller desde tempos de eletricidade de alto custo para tempos de eletricidade de baixo custo.
A figura acima mostra um perfil de carga de resfriamento do dia do design para um exemplo de edifício. Entre meia -noite e 6 da manhã, o edifício está desocupado e não há carga de resfriamento. Às 6 horas da manhã, o edifício começa a ser ocupado e a carga de resfriamento aumenta. A carga de resfriamento é mais alta entre as 11h e as 16h e depois diminui drasticamente após as 17h quando as pessoas saem do prédio. Há uma pequena carga de resfriamento que continua ao longo da noite, antes de ir embora à meia -noite.
A maioria das empresas de serviços públicos elétrica experimenta a maior demanda por eletricidade durante o dia, com algumas até a escassez de capacidade. Para incentivar a redução do uso de eletricidade durante esses períodos, muitas empresas de serviços públicos estabeleceram taxas no momento do dia que criam janelas de tempo para eletricidade de custo mais alto durante esses períodos de alta demanda. As horas em que o custo da eletricidade é alta são frequentemente referidas como o período "no pico". Por outro lado, o período "fora do pico" refere-se às horas em que o custo da eletricidade é menor.
Para este mesmo exemplo de construção, o meio-dia às 20:00 é definido como o período de pico. Todas as outras horas são definidas como o período fora do pico.
Outro componente comum da taxa de utilidade elétrica é uma taxa de demanda. Esta é uma taxa baseada no desenho ou demanda de maior potência (KW), usado pelo edifício durante um período de tempo especificado. Normalmente, a taxa de demanda se aplica apenas ao período de pico ou a taxa de demanda no pico é significativamente maior que a cobrança de demanda fora do pico.
Sistemas de armazenamento de gelo menores custos mensais de utilidade derretendo o gelo para satisfazer a construção de cargas de resfriamento durante o período de pico. Isso evita ou reduz significativamente a eletricidade necessária para operar o chiller durante esse período. A operação do chiller é deslocada para o período fora do pico, durante o qual o custo da eletricidade é menor e a taxa de demanda é menor ou inexistente. O chiller é usado durante esse período para congelar a água dentro dos tanques de armazenamento, armazenando a energia térmica até o período de pico.
Neste exemplo, as cargas de resfriamento do edifício que ocorrem durante o período de pico, que ocorre entre o meio-dia e as 20h, são satisfeitas ao derreter o gelo armazenado e o chiller é desligado.
Esse tipo de sistema, geralmente chamado de "sistema de armazenamento completo", só é possível se a capacidade de armazenamento dos tanques for grande o suficiente para satisfazer as cargas de resfriamento no pico para o dia em que o determinado.
O custo instalado de um sistema de armazenamento completo, no entanto, pode não ser viável. Muitos sistemas de armazenamento de gelo têm capacidade suficiente para satisfazer apenas uma parte das cargas de resfriamento no pico. Esse tipo de sistema é frequentemente chamado de "sistema de armazenamento parcial".
Neste exemplo, o sistema de armazenamento parcial, as cargas de resfriamento que ocorrem durante o período de pico são satisfeitas ao derreter gelo e operar o chiller. O chiller opera com capacidade reduzida, consome menos energia e consome menos energia. As cargas de resfriamento maiores que a capacidade fornecida pelo chiller são satisfeitas ao derreter o gelo armazenado.
Desligar o chiller, ou reduzir significativamente sua capacidade, durante o período de pico reduz o consumo dessa eletricidade de preço mais alto e reduz a demanda elétrica no pico. Ambos podem resultar em contas de serviços públicos mensais mais baixos.
À primeira vista, pode parecer que um sistema de armazenamento de gelo projetado para reduzir a demanda elétrica no pico (KW) é o mesmo que um sistema projetado para reduzir o consumo elétrico no pico (KWH). Qual dos dois é mais importante, no entanto, pode alterar significativamente a maneira como o sistema é projetado e/ou controlado.
Para reduzir a demanda no pico, o sistema deve derreter o gelo somente quando a demanda elétrica do edifício for mais alta. É perfeitamente aceitável ter gelo permanecendo dentro do tanque no final do dia. Essa abordagem, chamada de "barbear de pico", é comumente usada quando a taxa de demanda elétrica no pico (KW) é alta, mas as taxas de consumo elétrico (KWH) são quase iguais de períodos fora do pico e no pico. O pico de barbear tenta encontrar o equilíbrio ideal entre reduzir a demanda elétrica no pico (derretendo o gelo e operando o chiller com capacidade reduzida) e evitar o aumento significativo do consumo elétrico fora do pico (o que acontece quando o chiller precisa operar no modo de fabricação de gelo).
Como alternativa, para reduzir o consumo elétrico no pico, o sistema deve derreter o máximo de gelo possível todos os dias. Essa abordagem, chamada “mudança de carga”, é comumente usada quando a taxa de consumo elétrico (kWh) no pico (kWh) é significativamente maior que a taxa de consumo fora do pico. Tentativas de mudança de carga de reduzir o consumo elétrico no pico o máximo possível, derretendo todo o gelo durante o período de pico e deslocando a operação do resfriador para o período fora do pico.
Embora seja possível que um sistema projetado para barbear de pico possa ter a mesma capacidade de armazenamento de gelo que um sistema projetado para mudança de carga, esses dois sistemas são controlados de maneira diferente.
Além de reduzir os custos mensais de utilidade, outro benefício potencial do armazenamento de gelo é reduzir o tamanho e a capacidade do equipamento de refrigeração mecânica.
Quando o armazenamento de gelo é usado para satisfazer todo ou parte do design (ou pior caso) de carga de resfriamento, o chiller poderá ser reduzido, desde que o chiller reduzido tenha tempo suficiente para redigir a água dentro dos tanques.
Chillers menores e acionados eletricamente também podem resultar em um serviço elétrico menor para o edifício, o que também pode reduzir o custo instalado.
Benefícios potenciais
- Custos de utilidade mais baixos
- Menor consumo elétrico no pico (kWh)
- Menor demanda elétrica no pico (kW)
- Tamanho menor do equipamento
- Chiller menor
- Menor Serviço Elétrico (A)
- Custo instalado reduzido
- Pode se qualificar para descontos de utilidade ou outros incentivos
Enquanto os tanques de armazenamento de gelo aumentam o custo instalado do sistema, o impacto de diminuir o tamanho do equipamento de refrigeração mecânico pode compensar alguns (ou todos) desse custo adicional. Além disso, algumas empresas de serviços públicos elétricos oferecem descontos ou outros incentivos quando o armazenamento de gelo é usado para reduzir a demanda elétrica no pico. Quando esses incentivos estão disponíveis, a adição de armazenamento de gelo pode até reduzir o custo geral instalado do sistema.
Em algumas instalações, cada um desses benefícios pode ser realizado. Em outras instalações, no entanto, uma ou mais podem não ocorrer. Por exemplo, a adição de armazenamento de gelo pode reduzir os custos de serviços públicos, mas o tempo disponível para congelar a água dentro dos tanques pode ser tão curto que o chiller deve permanecer do mesmo tamanho para congelar a água rápido o suficiente.
Referência
Sistemas de armazenamento de gelo TRC019-en
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