Energy Efficiency through Thermal Energy Storage : Possibilities for the Swedish Building Stock

Abstract: Behovet av värme och kyla i byggnader utgör en betydande del av ett lands totala energianvändning och att reducera detta behov är av yttersta vikt för att nå nationella samt internationella mål för minskad energianvändning och minskade utsläpp. En viktig väg för att nå dessa mål är att öka andelen förnyelsebar energi för kylning och uppvärmning av byggnader. Det kanske största hindret med detta är det faktum att det ofta råder obalans mellan tillgången på förnyelsebar energi och behovet av värme och kyla, vilket gör att denna energi inte kan utnyttjas direkt. Detta är ett av problemen som kan lösas genom att använda termisk energilagring (TES) för att lagra värme eller kyla från när det finns tillgängligt till dess att det behövs.Denna avhandling fokuserar på kombinationen av TES och byggnader för att nå högre energieffektivitet för uppvärmning och kylning. Olika tekniker för energilagring, samt även kombinationen av TES och byggnader, har undersökts och sammanfattats genom en omfattande litteraturstudie. För att kunna identifiera byggnadstyper vanliga i Sverige gjordes även en kartläggning av det svenska byggnadsbeståndet. Inom ramen för denna avhandling resulterade kartläggningen i valet av tre typbyggnader, två småhus samt en kontorsbyggnad, utav vilka de två småhusen användes i en simuleringsfallstudie av passiv TES genom ökad termisk massa (både sensibel och latent). Den andra fallstudien som presenteras i denna avhandling är en utvärdering av ett existerande borrhålslager för säsongslagring av solvärme i ett bostadsområde. I detta fall användes verkliga mätdata i utvärderingen samt i jämförelser med tidigare utvärderingar.Litteraturstudien visade att användningen av TES öppnar upp möjligheter för minskat energibehov och minskade topplaster för värme och kyla samt även möjligheter till en ökad andel förnyelsebar energi för att täcka energibehovet. Genom att använda passiv lagring genom ökad termisk massa i byggnaden är det även möjligt att minska variationer i inomhustemperaturen och speciellt minska övertemperaturer under varma perioder; något som kan leda till att byggnader som normalt behöver aktiv kylning kan klara sig utan sådan. Analysen av kombinationen av TES och byggnadstyper bekräftade att TES har en betydande potential för ökad energieffektivitet i byggnader, men belyste även det faktum att det fortfarande krävs mycket forskning innan vissa av lagringsteknikerna kan bli kommersiellt tillgängliga. I simuleringsfallstudien drogs slutsatsen att en ökad termisk massa endast kan bidra till en liten minskning i värmebehovet, men att tiden med inomhustemperaturer över 24 °C kan minskas med upp till 20 %. Fallstudien av borrhålslagret visade att även om själva lagringssystemet fungerade som planerat så ledde värmeförluster i resten av systemet, samt vissa problem med driften av systemet, till en lägre solfraktion än beräknat.Arbetet inom denna avhandling har visat att TES redan används med framgång i många byggnadsapplikationer (t.ex. varmvattenberedare eller ackumulatortankar för lagring av solvärme) men att det fortfarande finns en stor potential i en utökad användning av TES. Det finns dock hinder såsom behovet av mer forskning för både vissa lagringstekniker samt lagringsmaterial, i synnerhet för lagring med fasändringsmaterial och termokemisk lagring.