La calefacció solar és, en principi, la solució d'energia renovable perfecta per als edificis. És neta, abundant i disponible gratuïtament. Tot i això, durant dècades, un defecte fonamental ha impedit que la solar tèrmica assoleixi tot el seu potencial:el sol no brilla a demandaL'energia solar arriba en abundància durant les hores de llum i després desapareix precisament quan la demanda de calefacció arriba al màxim: al vespre i durant la nit. Els dies ennuvolats i els mesos d'hivern agreugen el problema, deixant els ocupants dels edificis a mercè dels sistemes de combustibles fòssils de reserva.

Els mètodes tradicionals d'emmagatzematge tèrmic, principalment els dipòsits d'aigua calenta, han intentat superar aquesta bretxa, però presenten limitacions importants. L'aigua emmagatzema calor de manera sensata, és a dir, la seva temperatura ha d'augmentar substancialment per emmagatzemar quantitats significatives d'energia. Això es tradueix en dipòsits grans i voluminosos que consumeixen un espai valuós a l'edifici, pateixen pèrdues de calor importants en espera i proporcionen calor de menor qualitat a mesura que es descarreguen. Per a edificis de diversos pisos i complexos residencials urbans on l'espai és limitat, aquests sistemes són simplement poc pràctics.

Ara, dels laboratoris de Glacier Coolant ha sorgit una solució transformadora:intercanviadors de calor d'emmagatzematge tèrmic de canvi de fase de tubs aletatsque aprofiten l'extraordinària capacitat de calor latent dels materials avançats de canvi de fase. Aquesta tecnologia està redefinint fonamentalment el que poden aconseguir els sistemes de calefacció solar.

La ciència de l'emmagatzematge de calor latent

Al cor d'aquesta innovació hi ha el refrigerant Glacier.LM-XR-53, un medi de canvi de fase patentat dissenyat per emmagatzemar i alliberar enormes quantitats d'energia tèrmica a una temperatura controlada amb precisió de53 °CA diferència dels materials convencionals que s'escalfen gradualment, els materials de canvi de fase absorbeixen energia canviant el seu estat físic (en la transició de sòlid a líquid) i, en fer-ho, capturen molta més energia per unitat de massa que qualsevol mitjà d'emmagatzematge sensible.

Les xifres expliquen una història convincent. El refrigerant Glacier LM-XR-53 ofereix una capacitat calorífica latent de268,9 J/gPer posar això en perspectiva, l'energia necessària per fondre un quilogram d'aquest material equival a escalfar la mateixa massa d'aigua en més de 64 graus Celsius. Aquesta extraordinària densitat d'energia és el que fa possible un emmagatzematge tèrmic compacte i d'alt rendiment.

Enginyeria de l'avantatge del tub amb aletes

La brillantor del sistema Glacier Coolant s'estén més enllà del material de canvi de fase en si: és la integració deLM-XR-53en unarquitectura d'intercanviador de calor de tubs aletatsque desbloqueja tot el potencial de rendiment. El disseny integra el PCM dins d'un intercanviador de calor compacte amb superfícies d'aletes esteses que augmenten dràsticament l'àrea de transferència de calor entre el fluid de transferència de calor circulant i el medi d'emmagatzematge.

Aquesta elecció arquitectònica no és arbitrària. La recerca duta a terme per l'equip d'enginyeria de Glacier Coolant ha quantificat rigorosament la relació entre els paràmetres de funcionament i el rendiment del sistema. Les conclusions són instructives i pràctiques per als dissenyadors de sistemes:

Descàrrega isotèrmica: el benefici ocult

Un dels avantatges més infravalorats de l'emmagatzematge tèrmic de canvi de fase ésalliberament de calor isotèrmicQuan el refrigerant de les glaceresLM-XR-53descarrega la seva energia emmagatzemada, ho fa a una temperatura gairebé constant de 53 °C. Això és fonamentalment diferent de l'emmagatzematge basat en aigua, on la temperatura de sortida disminueix constantment a mesura que el dipòsit es refreda.

Per a aplicacions de calefacció d'edificis, aquest comportament isotèrmic es tradueix en un confort superior i una eficiència del sistema. Els radiadors i els sistemes de calefacció per terra radiant reben una temperatura de subministrament constant durant tot el cicle de descàrrega, eliminant la necessitat de vàlvules de mescla complexes i controls de compensació de temperatura. Els sistemes de bomba de calor, quan es combinen amb emmagatzematge PCM, poden funcionar al seu punt d'eficiència òptim en lloc d'augmentar i disminuir gradualment per adaptar-se a la demanda variable.

De l'escala de la llar a l'escala del districte

L'intercanviador de calor PCM de tubs aletats Glacier Coolant és inherentment escalable. Per a habitatges individuals, una unitat compacta que s'integri amb col·lectors solars tèrmics de la teulada pot proporcionar la majoria de les necessitats de calefacció i aigua calenta sanitària durant tot l'any. La reducció del 74% de la petjada en comparació amb un emmagatzematge d'aigua equivalent significa que aquests sistemes es poden instal·lar en sales de serveis, soterranis o fins i tot integrats a les façanes dels edificis.

A escala de calefacció urbana, les matrius d'intercanviadors de calor PCM poden esmorteir la intermitència de grans camps solars tèrmics, desacoblant la generació de calor de la demanda de calor a barris sencers. Aquest desacoblament és fonamental per a la viabilitat econòmica de la calefacció solar urbana, ja que permet als operadors dimensionar els camps de col·lectors per al subministrament total d'energia anual en lloc de la demanda màxima instantània.

Impacte de la reducció de carboni

Els edificis representen aproximadament40% de les emissions globals de CO2 relacionades amb l'energia, amb la calefacció d'espais representant el major ús final. Només a la Xina, la calefacció d'edificis consumeix més de 200 milions de tones equivalents de carbó anualment. En permetre que els sistemes solars tèrmics satisfacin de manera fiable una fracció molt més alta de la demanda de calefacció, la tecnologia d'emmagatzematge PCM de Glacier Coolant desplaça directament el consum de combustibles fòssils a escala.

Considerem un edifici residencial típic de mitjana alçada amb 50 apartaments. Un sistema solar tèrmic combinat amb l'emmagatzematge PCM de Glacier Coolant pot reduir el consum de gas natural per a calefacció en un 60-70% en comparació amb un sistema convencional només de caldera. Durant una vida útil del sistema de 20 anys, això es tradueix en centenars de tones d'emissions de CO2 evitades per edifici.

El camí a seguir

A mesura que els governs de tot el món endurixen els codis energètics dels edificis i amplien els mandats de calefacció renovable, la demanda d'emmagatzematge tèrmic compacte i eficient només s'intensificarà. La Directiva revisada sobre el rendiment energètic dels edificis (EPBD) de la Unió Europea i l'impuls continu de la Xina cap a edificis de consum gairebé nul creen forts vents de cua reguladors per a tecnologies com l'intercanviador de calor PCM de Glacier Coolant.

La tecnologia està a punt. L'economia és convincent. L'imperatiu mediambiental és urgent. Per a arquitectes, promotors d'edificis i enginyers de climatització que busquen oferir solucions de calefacció realment sostenibles, l'emmagatzematge tèrmic de canvi de fase de tubs aletats no només representa una millora incremental, sinó un canvi radical en allò que és possible. La calefacció solar ja no ha de ser un company de bon temps: amb el medi fred Glacier Coolant, és un soci fiable durant tot l'any en la transició cap a un entorn construït baix en carboni.