انرژی مقرون به صرفه با ذخیره سازی حرارتی

آیا از پرداخت هزینه های بالا برای گرمایش و سرمایش خسته شده‌اید؟ آیا می خواهید گرمای اضافی تابستان را تا زمانی که در فصل زمستان نیاز شود، ذخیره کنید؟ ذخیره سازی حرارتی ممکن است پاسخ خوبی برای این پرسش شما باشد.
در یک روز گرم تابستان، آیا به این که پاییز و زمستان گذشته چقدر سرد بوده، فکر کرده اید؟ و آیا در یک شب سرد زمستان، رؤیای خوابیدن در زیر آفتاب سواحل استوایی را در سر می پرورانید؟ چه می شود اگر شما بتوانید گرمای تابستان را ذخیره کنید، و از آن در فصل زمستان استفاده نمایید، هم چنین هوای سرد زمستان را ذخیره نموده، و خانه خود را در تابستان خنک کنید؟ این مفهوم، ذخیره سازی حرارتی نامیده می شود.
درک این که گرما شکلی از انرژی است و می تواند از یک مکان به مکان دیگر منتقل شود (همان طور که یک یخچال یا دستگاه تهویه هوا کار می کند) مهم می باشد. ذخیره سازی حرارتی به فن آوری های متعددی اشاره دارد که به ذخیره حرارت، و یا گرما می پردازد، این انرژی در یک مخزن ذخیره شده و بعداً مورد استفاده قرار می گیرد. از نظر فنی، اصطلاح سرد، فقدان نسبی انرژی حرارتی است. اصول ذخیره سازی حرارتی در نگه داری سرما، همان ذخیره سازی نسبتاً پایین تر گرما است. ساده-ترین مثال از این مورد نسل های قدیمی تر تولید نیرو است که هنوز هم ممکن است به یاد داشته باشید. قبل از گسترش تجهیزات تبرید مدرن، کشاورزان در زمستان از برش های یخ استخرها و دریاچه های یخ زده استفاده می کردند. این یخ در یک مکان عایق بندی شده به خوبی ذخیره می شد، و بسیاری از آن تا تابستان یخ زده باقی می ماند. این امر می تواند به جلو گیری از فاسد شدن شیر و سایر محصولات کشاورزی کمک نماید.
امروزه بیشتر تجهیزات ذخیره سازی حرارتی معمولاً فقط برای ذخیره گرما برای چند ساعت یا چند روز طراحی می شوند. این کار به خاطر دلایل عملی و اقتصادی انجام می شود. واحدهای ذخیره سازی حرارتی اغلب با تجهیزات گرمایش خورشیدی برای ذخیره سازی گرمای روز و استفاده آن در طول شب مورد استفاده قرار می گیرند. یک مثال ترکیبی از مجموعه حرارتی، ذخیره سازی حرارت با دستگاه تولید انرژی خورشیدی می باشد. این دستگاه یک لوله عمودی ساده پر از آب است. این لوله گرمای خورشید را در طول روز جذب نموده و آن را در شب منتشر می کند. از آن جا که هیچ تجهیزات مکانیکی در کار نیست، این سیستم به عنوان یک سیستم منفعل شناخته شده است. سیستم های فعال نیز در دست رس هستند. در این سیستم ها یک پمپ و یا دمنده، آب یا هوای گرم را از یک مکان به مکان دیگر حرکت می دهد و اغلب به عنوان یک مخزن ذخیره سازی حرارتی عمل می کنند.
یکی دیگر از دلایل ذخیره سازی حرارتی، ساختارهای استفاده از برق بسیاری از شرکت های برق است. از آن جایی که هزینه-های ساخت نیروگاه های جدید زیاد است، شرکت های برق اغلب در طول ساعات اوج مصرف، هزینه بیشتری دریافت می کنند. این باعث ایجاد انگیزه ای برای کار بران بزرگ صنعتی و تجاری می گردد تا مصرف انرژی خود را در طول این ساعات اوج محدود نمایند. یک راه برای انجام این کار، راه اندازی تجهیزات گرمایشی و یا سرمایشی (از جمله تهویه مطبوع) در ساعات مصرف کم و معمولاً در شب می باشد. آنها چگونه می توانند این کار را انجام دهند؟ با استفاده از ذخیره سازی حرارتی. (به عنوان مثال شرکت صنایع خانگی آمریکا (National House Industrial Co.Ltd) به عنوان مشارکت کننده در برنامه تحقیقی ایجاد و توسعه فن آوری برای سیستم های تهویه مطبوع و تهیه آب گرم خانگی با استفاده از ذخیره سازی حرارتی فعالیت نموده و با نصب سیستم مذکور در سال 1998 میلادی در یک مکان مسکونی، آن را مورد ارز یابی وسیع و گسترده قرار داده است. در حال حاضر استفاده از سیستم های تهویه مطبوع با ذخیره سازی یخ در ساختمان های اداری و کارخانجات معمول می باشد، در حالی که در مورد تهویه مطبوع در اماکن مسکونی کار کمتری صورت گرفته است. به همین دلیل ساخت سیستم تهویه مطبوع خانگی با کار برد ذخیره سازی انرژی حرارتی که در عین حال بتواند از توان الکتریکی نیمه شب نیز استفاده نماید مورد توجه قرار گرفته است. هوای مطبوع و آب گرم مصرفی در خانه ها معمولاً ممکن است توسط چندین دستگاه تهویه مطبوع و آب گرم کن (احتمالاً از نوع برقی) فراهم شوند که این روش نه تنها بر پیک بار تأثیر می گذارد بلکه سبب افزایش اختلاف بار بین ساعات روز و شب نیز می گردد. بنا بر این ساخت یک سیستم الحاقی تهویه مطبوع و تهیه آب گرم با مکانیزم ذخیره سازی انرژی حرارتی از نقطه نظر تعدیل بار و کاهش اوج مصرف کاملاً مطلوب می باشد).
مشکل نحوه ارائه تهویه مطبوع به یک ساختمان اداری در طول روز، با راه اندازی تجهیزات تهویه مطبوع در شب را در نظر بگیرید. در اغلب موارد، تهویه مطبوع در سیستم های بزرگ تجاری با خنک کردن آب انجام می شود و سپس این آب به نقاط مختلف ساختمان پمپ می شود و برای خنک کردن هوای ورودی به فضای اداری مورد استفاده قرار می گیرد. اگر آب در شب خنک شود، چگونه تا زمانی که در طول روز مورد نیاز است سرد باقی می ماند؟ شرکت Cryogel محصولاتی ارائه می دهد که برای ما بسیار آشنا است. هنگام بسته بندی ناهار برای یک پیک نیک، شما ممکن است به سمت فریزر خود بروید و از فریزر یک بسته آبی بردارید و از آن برای سرد نگه داشتن مواد غذایی خود استفاده نمایید. این محصول آشنا است. توپ های پر از آب که در یک مخزن عایق بندی شده قرار می گیرد. آب سرد (یا گلیکول) از طریق مخزن پمپ شده و باعث یخ زدن توپ می شود. پس از آن، آب گرمی که در مخزن به گردش درمی آید، توسط توپ ها سرد می شوند و این آب سرد می تواند برای تهویه هوای ساختمان اداری استفاده شود.
واضح است که حفظ درجه حرارت برای چند ساعت آسان تر است. اما به همین دلیل ذخیره سازی حرارت فصلی نیز امکان پذیر است. به عنوان نمونه دادگستری بیوفورت بریتانیا را می توان نام برد، که به صورت یک ساختمان صفر انرژی (zeroemissions building) طراحی شده است.
با توجه به هزینه و کار، ذخیره سازی حرارتی احتمالاً به طور متوسط بیشتر در کار بری های تجاری و صنعتی استفاده می-شوند تا مصارف خانگی. با این حال، با کمی ابتکار و سرمایه گذاری متوسط، دلیلی وجود ندارد که شما نتوانید نور آفتاب را در تابستان برای شب های طولانی زمستان ذخیره کنید.