Thermal energy storage in buildings through phase change materials (PCM) incorporation for heating and cooling purposes

Abstract

La reducció del consum energètic dels sistemes de calefacció i refrigeració dels edificis és un repte fonamental per assolir els objectius marcats per l’Horitzó 2020. Noves aplicacions d'emmagatzematge d'energia tèrmica en edificis es mostren prometedores per reduir aquest elevat consum energètic. Un dels objectius d'aquesta tesi doctoral és revisar les aplicacions passives i actives d'emmagatzematge d'energia que es troben en la literatura, especialment aquelles que utilitzen materials de canvi de fase (PCM). En aplicacions passives els requeriments de confort i les condicions climàtiques són els principals paràmetres que s’han tingut en compte fins ara. Per això s'estudia la influència de càrregues internes en el aplicacions passives de PCM. D'altra banda, es presenta un sistema innovador que actua com una unitat d'emmagatzematge tèrmic i alhora com un sistema de calefacció i refrigeració. El rendiment tèrmic d'aquest sistema es testeja sota condicions reals i s'avalua el seu potencial de reducció del consum d'energia.

La reducción del consumo energético de calefacción y refrigeración de los edificios es un reto para lograr los objetivos marcados por el Horizonte 2020. Nuevas aplicaciones de almacenamiento de energía térmica en edificios se muestran prometedoras para reducir este elevado consumo energético. Uno de los objetivos de esta tesis doctoral es revisar aplicaciones pasivas y activas de almacenamiento de energía que se encuentran en la literatura, especialmente aquellas con materiales de cambio de fase (PCM). En aplicaciones pasivas los requerimientos de confort y las condiciones climáticas son los principales parámetros que se han tenido en cuenta hasta ahora. Se estudia la influencia de cargas internas en aplicaciones pasivas de PCM. También, se presenta un sistema innovador que actúa como una unidad de almacenamiento térmico y como calefacción y refrigeración. El rendimiento térmico de este sistema se testea bajo condiciones reales y evalúa su potencial de reducción del consumo energético.

Reducing the energy consumption of heating and cooling systems of buildings is a key challenge to achieve the targets set for the Horizon 2020. New applications of thermal energy storage in buildings are promising to reduce the high energy consumption. One of the objectives of this PhD is to review passive and active applications of thermal energy storage in buildings found in the literature, especially those that use phase change materials (PCM). In passive applications comfort requirements and climatic conditions are the main parameters that have been considered so far. For this study, the influence of internal loads has been taken into account in passive PCM applications. Moreover, an innovative system which acts as a storage unit and a heating and cooling supply is presented. The thermal performance of this system is studied and the potential in reducing the energy consumption of heating and cooling is evaluated.