西藏仲巴县大型太阳能跨季节蓄热采暖项目于2019年11月投运,河北张家口矾山镇黄帝城太阳能跨季节储热试验示范项目即将开建……近年来,太阳能跨季节储热供暖技术在国内的应用愈加广泛。
跨季节储热技术可以有效解决能源供需在时间、空间上的不匹配,特别是搭配太阳能系统,可以有效避免太阳能的间歇性缺点,为农村采暖、煤改清洁能源、区域能源供给提供新的技术路线。
根据储热介质,常见的跨季节储热技术可分为潜热储热、显热储热和热化学储热,自上世纪七十年代末,欧洲和北美各国便开始尝试推广各类太阳能跨季节储热技术,目前国内也已有实际项目实践,本文就几种常见的跨季节太阳能储热供暖技术进行介绍。
▲跨季节蓄热装置的基本类型
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大型储热水箱跨季节储热
与其他几种储热技术相比,热水蓄热具有单位体积热容量大、流动性好,存取热量较为快捷的特点,因此,水箱储热在很多大规模季节储热示范项目中实现了应用,在跨季节太阳能储热系统中,热水蓄热装置一般为圆柱形,这种结构有助于减小形体系数,以减小热损失,水箱的温度分层和外层保温材料是水箱储热研究的重点。
02
地下含水层跨季节储热
含水层主要包含地下水的地下沙土、砾石、石灰岩层等,上下两层为不透水层。地下含水层跨季节储热系统造价较低,但对地质条件要求较高,是跨季节储热技术的研究热点之一。
在含水层蓄热装置中,需要安装冷水井和热水井各一口。在夏季太阳能充足的时候,将获取的太阳热能储存在热水井中。在冬季,通过抽取热水井中的热水给建筑物供暖和生活热水用热,然后将提取完热量后的水灌入冷水井中。
03
地埋管跨季节储热
埋管储热一般利用地下土壤储存热量,地埋管蓄热装置是在打入地面以下30-100m的竖井内设置单U形管或双U形管,在蓄热过程中,将太阳热能通过水等介质储存在土壤和岩石中,到冬季供暖时,再通过水等介质将竖井旁边土壤和岩石中的热量交换出来。
由于土壤储热密度较低,地埋管储热系统土壤体积约为水箱储热系统的3~5倍。地埋管储热对地质要求较高,岩石和饱和水土壤地质类型较为适宜。
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岩石类跨季节储热
岩石类储热的保温与水箱保温类似,需要在储热区域顶部和四周加装保温材料。在岩石类储热中常用的介质有鹅卵石、砾石、砂石、砖石等,岩石床与换热流体(水或空气)交换热量实现热量的储存和释放。由于能量密度低,岩石类储热系统体积约为水箱储热系统的3倍。