Termisk energilagring som uppvärmningsmetod i byggnader: en metaanalys av forskningen

Abstract

Detta examensarbete är en metaanalys på forskning kring termisk energilagring och hur denna teknologi kan implementeras i boendelösningar. Några forskningsexperiment där termisk energilagring utnyttjas kommer behandlas. I arbetet gås även igenom vad termisk energilagring är och hur det fungerar. Termisk energilagring är en värmelagringsmetod, som kan utnyttjas för att lagra värme under längre tidsperioder tills behov att använda värmen uppstår. Termiska energilagringssystem kan integreras med solfångarsystem, jordvärmesystem eller andra förnybara energikällor. Termisk energilagring delas in i tre kategorier: sensibel, latent och termokemisk värmelagring. Sensibel värmelagring använder sensibel värme som lagringsmetod och utnyttjas effektivt i kraftverk eftersom denna typ av värmelagring ger optimal verkningsgrad i höga temperaturer, men lämpar sig därför dåligt för boendelösningar. Latent och termokemisk värmelagring använder latent värme respektive kemisk värme som lagringsmetod och anses ha en stor framtidspotential, men forskningen kring deras tillämpning i boendelösningar är bristfällig i dagens läge. På basen av slutsatser från modern forskning kring termisk energilagring kan det konstateras, att det finns stora behov för fortsatt forskning. I dag är de största hindren för kommersialiseringen av termisk energilagring att man inte ännu vet vilka ämnen som är optimala i latenta och termokemiska system och att de bäst fungerande lösningarna är för dyra.

This work is a meta-analysis of research regarding thermal energy storage and how thich technology can be implemented in housing solutions. Some research experiments involving the implementation of thermal energy storage in housing solutions will be reviewed. Questions regarding what thermal energy storage is and how it works will be discussed in this paper. Thermal energy storage is a heat storage method, which can be used to store heat for extended periods of time, until a need to use the stored heat arises. Thermal energy storage systems can be integrated with solar collectors, ground heat systems or other renewable energy sources. Thermal energy storage can be divided in three categories: sensible, latent and thermochemical heat storage. Sensible heat storage uses sensible heat as its storage method and is effectively utilized in power plants, because this type of heat storage reaches optimal efficiency levels in high temperatures, but is poorly implemented in housing solutions. Latent and thermochemical heat storage use latent and thermochemical heat as their respective storage methods and are regarded as having a great deal of future potential, although research related to their implementation in housing solutions is limited as of today. Based on conclusions from modern research regarding thermal energy storage, it seems apparent that there exists a great need for continued research in the field. The current, biggest obstructions for the commercialization of thermal energy storage, are that there is no certainty regarding what materials to use in latent and thermochemical systems and the best solutions are too expensive.

Tämä työ on meta-analyysi tutkimusaineistosta liittyen lämpöenergiavarastointiin ja sen soveltamiseen asuinratkaisuissa. Muutama koetutkimus lämpöenergiavarastoinnin soveltamisesta asuinratkaisuissa tullaan käsittelemään. Kysymyksiä siitä mitä lämpöenergiavarastointi on ja miten se toimii käytännössä ja teoriassa nostetaan esiin tässä paperissa. Lämpöenergiavarastointi on lämpövarastointimenetelmä jolla voidaan varastoida lämpöä pitkällä aikavälillä, kunnes lämmön käyttämiselle tulee tarvetta. Lämpöenergiavarastointijärjestelmä voidaan integroida aurinkolämpökeräimien, maalämmön tai jonkin muun uusiutuvan energilähteen kanssa. Lämpöenergiavarastointi voidaan jakaa kolmeen kategoriaan: tuntuva, latentti ja kemiallinen lämpövarastointi. Tuntuvan lämmön varastointia käytetään tehokkaasti voimalaitoksissa, koska tämän tyyppinen lämpöenergiavarastointi saavuttaa optimaalisen suorituskyvyn korkeissa lämpötiloisa, mutta soveltuu tämän takia heikommin asuinratkaisuihin. Latentin ja kemiallisen lämmön varastoinnilla nähdään suurta tulevaisuudenpotentiaalia talojen lämmityksessä, vaikka nykypäivän tutkimusaineisto on puutteellinen. Uusien tutkimustulosten valossa vaikuttaa selvältä, että lisätutkimuksille on suurta tarvetta ja kysyntää. Lämpöenergiavarastoinnin kaupallistamista estää epävarmuus siitä, että mitkä aineet soveltuvat parhaiten latentteihin ja kemiallisiin lämpöenergivarastointijärjestelmiin sekä jo toiminnallisten ratkaisujen kalleus.