Thermochemical heat storage in building systems – materials, reactors and integration options
Ewelina Skwarczyńska-Kalamon1, Jan Kaczmarczyk2, Paweł Lonkwic3
1 Szkoła Doktorów, Politechnika Śląska
2 Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Śląska
3 Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa, Państwowa Akademia Nauk Stosowanych w Chełmie
Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, 57 (10), 36-41, DOI: https://doi.org/10.65545/COW.2026.10.06
Słowa kluczowe: magazynowanie ciepła, TCM, sole hydratacyjne, pompa ciepła, HVAC, elastyczność energetyczna
Streszczenie
Magazynowanie energii cieplnej nabiera znaczenia wraz ze wzrostem udziału źródeł odnawialnych i elektryfikacją ogrzewania. Artykuł ma charakter przeglądowy i przedstawia możliwości wykorzystania termochemicznych magazynów ciepła (TCM) w instalacjach budynkowych. Omówiono zasadę magazynowania energii w odwracalnych procesach sorpcji oraz reakcjach gaz–ciało stałe, ze szczególnym uwzględnieniem soli hydratacyjnych. Porównano podstawowe grupy materiałów, wskazując na znaczenie temperatury regeneracji, gęstości energii, kinetyki, stabilności cyklicznej, delikwescencji i przewodnictwa cieplnego. Przedstawiono również wpływ konstrukcji magazynu na transport ciepła i masy oraz konsekwencje różnicy między parametrami materiału a parametrami całego urządzenia. W części aplikacyjnej omówiono integrację TCM z pompami ciepła, wentylacją mechaniczną i instalacjami wykorzystującymi energię słoneczną. Analiza literatury wskazuje, że najbardziej realistycznym kierunkiem wdrożeń w budynkach są obecnie układy hybrydowe, w których TCM pełni funkcję magazynu długookresowego lub narzędzia przesuwania obciążenia, natomiast bufor wodny obsługuje szybkie zmiany zapotrzebowania. Główne bariery komercjalizacji pozostają związane ze stabilnością materiałów, mocą magazynu, kontrolą wilgotności, kosztami i skalowaniem.
Pobierz artykuł w formacie PDF
Pobierz cały numer w formacie PDF
Keywords: thermal energy storage, thermochemical materials, salt hydrates, heat pump, HVAC, energy flexibility
Abstract
Thermal energy storage is becoming increasingly important with the growing share of renewable energy and the electrification of heating. This review discusses the potential use of thermochemical heat storage (TCM) in building systems. Reversible sorption processes and gas–solid reactions are described, with particular attention to salt hydrates. The main material groups are compared in terms of regeneration temperature, energy density, kinetics, cycling stability, deliquescence and thermal conductivity. Reactor design is discussed as a key factor governing heat and mass transfer and explaining the difference between material-level and system-level performance. Building applications include integration with heat pumps, mechanical ventilation and solar energy systems. The reviewed evidence indicates that hybrid configurations are currently the most realistic pathway for building applications: TCM can provide long-duration storage or load shifting, while water tanks or phase-change materials handle short-term fluctuations. The main barriers to commercialization are material stability, reactor power density, humidity control, cost and scale-up.
Download the article in PDF format
Download the entire issue in PDF format
Bibliografia / Bibliography
Balasubramanian, G., Ghommem, M., Haji, M. R., Wong, W. F., Tomlin, J. A., & Puri, I. K. (2010). Modeling of thermochemical energy storage by salt hydrates. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(25–26), 5700–5706. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.08.012
Clark, R. J., Gholamibozanjani, G., Woods, J., Kaur, S., Odukomaiya, A., Al-Hallaj, S., & Farid, M. (2022). Experimental screening of salt hydrates for thermochemical energy storage for building heating application. Journal of Energy Storage, 51, 104415. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104415
Dai, L., Long, X.-F., Lou, B., & Wu, J. (2018). Thermal cycling stability of thermochemical energy storage system Ca(OH)₂/CaO. Applied Thermal Engineering, 133, 261–268. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.01.059
Hawwash, A. A., Hassan, H., & El Feky, K. (2020). Impact of reactor design on the thermal energy storage of thermochemical materials. Applied Thermal Engineering, 168, 114776. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114776
Kant, K., Shukla, A., Smeulders, D. M. J., & Rindt, C. C. M. (2021). Performance analysis of a K₂CO₃-based thermochemical energy storage system using a honeycomb structured heat exchanger. Journal of Energy Storage, 38, 102563. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102563
Molenda, M., Stengler, J., Linder, M., & Wörner, A. (2013). Reversible hydration behavior of CaCl₂ at high H₂O partial pressures for thermochemical energy storage. Thermochimica Acta, 560, 76–81. https://doi.org/10.1016/j.tca.2013.03.020
Rui, J., Luo, Y., Wang, M., Peng, J., & She, X. (2022). Design and performance evaluation of an innovative salt hydrates-based reactor for thermochemical energy storage. Journal of Energy Storage, 55, 105799. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105799
Stengler, J., Bürger, I., & Linder, M. (2020). Thermodynamic and kinetic investigations of the SrBr₂ hydration and dehydration reactions for thermochemical energy storage and heat transformation. Applied Energy, 277, 115432. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115432
Xu, J. X., Li, T. X., Chao, J. W., Yan, T. S., & Wang, R. Z. (2019). High energy-density multi-form thermochemical energy storage based on multi-step sorption processes. Energy, 185, 1131–1142. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.076
Yan, J., Yang, B. W., & Zhao, C. Y. (2022). Investigation of hydration/dehydration processes in a fluidized bed reactor using MgO/Mg(OH)₂ thermochemical energy storage system. Solar Energy, 231, 630–645. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.12.013