Simulation-based optimization of thermal energy storage (TES) materials for building and industry applications

Resumen

Una quantitat substancial d'energia s'utilitza en els sectors de l'edificació i de la indústria per als propòsits de la calefacció i de la refrigeració. Els materials d'emmagatzematge d'energia tèrmica (TES) poden oferir importants beneficis energètics i econòmics als edificis residencials, comercials i industrials. Els materials de TES tenen el potencial per reduir les demandes de refredament i de l'electricitat màxima en sectors de l'edificació i de la indústria; però, per tal d'implementar adequadament aquesta tecnologia per maximitzar els beneficis econòmics, es necessiten tècniques de simulació i optimització numèrica. La important contribució original que emergeix de la present tesi és l'ús de mètodes de simulació numèrica i optimització per avançar l'aplicació de la tecnologia TES en els sectors residencials i industrials. Per a això, es presentarà una revisió pel que fa a l'ús d'eines de simulació d'energia per al desenvolupament d'edificis per analitzar passivament els materials realçats amb TES. Una cantidad substancial de energía se utiliza en los sectores de la edificación y de la industria para los propósitos de la calefacción y de la refrigeración. Los materiales de almacenamiento de energía térmica (TES) pueden ofrecer importantes beneficios energéticos y económicos a los edificios residenciales, comerciales e industriales. Los materiales de TES tienen el potencial para reducir las demandas de enfriamiento y de la electricidad máxima en sectores de la edificación y de la industria; sin embargo, con el fin de implementar adecuadamente esta tecnología para maximizar los beneficios económicos, se necesitan técnicas de simulación y optimización numérica. La importante contribución original que emerge de la presente tesis es el uso de métodos de simulación numérica y optimización para avanzar la aplicación de la tecnología TES en los sectores residenciales e industriales. A substantial amount of energy is used in building and industry sectors for heating and cooling purposes. Thermal energy storage (TES) materials can offer important short-term and long-term energy, economic, and comfort benefits to residential, commercial, and industrial buildings. TES materials have the potential to reduce the cooling and peak electricity demands in building and industry sectors, however, in order to properly implement this technology to maximize the economic benefits, numerical simulation and optimization techniques are necessary. The significant original contribution emerges from the present thesis is the use of numerical simulation and optimization methods to advance the application of TES technology in the industrial and building sector. To achieve this, a review will be presented regarding the use of whole-building energy simulation tools to analyse buildings passively enhanced with TES materials.