跨季节蓄热太阳能供热系统的技术进展
水体型太阳能跨季节储热技术简介
水体型太阳能跨季节储热技术简介水体型太阳能跨季节储热技术是一种利用水体作为储热介质的太阳能储热系统。
该技术通过收集太阳能热量并将其转化为可储存的热能，以用于实现季节性能量供应平衡的需求。
以下是对水体型太阳能跨季节储热技术的简介，以清晰的条理呈现。
1.技术概述：水体型太阳能跨季节储热技术是一种基于太阳能的可持续能源系统，通过标准的太阳能收集器（例如太阳能集热器或光伏）将太阳电能转化为热能，并将其储存于水体中。
2.工作原理：该技术的工作原理是利用太阳能集热器将太阳能转化为热能，并将热能通过循环泵将其传递到水体中。
水体充当储热介质，具有很高的热容量和热传导能力，能够在长时间内保持热能的稳定。
3.设备配置：水体型太阳能跨季节储热系统的主要设备包括太阳能收集器、循环泵、水体储热系统，以及热交换器等组成部分。
4.太阳能收集器：太阳能收集器是水体型太阳能跨季节储热系统的核心部分。
常用的太阳能收集器包括平板式太阳能热水器、真空管式太阳能热水器和光伏发电板等，可根据工程需求选择合适的型号。
5.循环泵：循环泵的作用是将太阳能转化的热能传递到水体中，以实现热能的储存和循环。
循环泵通常由电动机驱动，具有稳定的流量和压力特性。
6.水体储热系统：水体储热系统由水体贮槽和相关管路组成。
水体贮槽用于储存热能，通常采用混凝土槽或地下水库形式。
水体储热系统通过热交换器将热能传递给需要供热或制冷的系统。
7.热交换器：热交换器是水体型太阳能跨季节储热系统的重要组成部分，用于在水体和供热系统之间传递热能。
常见的热交换器类型包括板式热交换器、管式热交换器和螺旋式热交换器等。
8.应用领域：水体型太阳能跨季节储热技术广泛应用于建筑供热、制冷和热水供应系统中。
此外，还可用于工业生产过程中的热能储存和回收利用。
9.优点：水体型太阳能跨季节储热技术具有多个优点。
首先，水体具有很高的热容量和热传导能力，能够稳定地储存大量的热能。
其次，该技术利用太阳能作为能源，具有环保、可再生的特点。
跨季节士壤储热太阳能采暖技术应用
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太阳能跨季节储热建筑供热系统及土壤储热实验分析
天津市科技支撑计划项目（07ZCKFSF00400） 作者简介：王恩宇，（1970- ），男，副教授，主要从事燃烧技术、可再生能源利用及建筑节能技术等。
太阳能跨季节储热建筑供热系统及土壤储热实验分析王恩宇 齐承英 杨华 张慧川 吕延松（河北工业大学能源与环境工程学院，天津，300401）摘 要 根据天津城郊别墅类建筑的冷热负荷特点，设计建立了太阳能跨季节储热建筑供热系统。
该系统采用土壤蓄热实现夏季太阳能的跨季节储存，冬季采用太阳能热水或利用热泵提取土壤蓄热进行建筑供热，实现了太阳能的跨季节储热与热泵系统联合运行。
短期的实验数据表明，在36天时间内，储热区土壤温度平均升高了1.3℃，采用垂直埋管换热土壤蓄热系统实现太阳能的跨季节储存是可行的。
长期储热效果有待进一步研究。
太阳能跨季节储存及热泵联合供热系统的设计应注意各子系统的合理匹配，以提高系统综合能效。
关键词 太阳能 跨季节储热 地源热泵 建筑供热A SOLAR ENERGY SYSTEM WITH SEASONAL STORAGE FOR BULIDING HEATING AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF SOIL HEAT STORAGEWang Enyu Qi Chengying Yang Hua Zhang Huichuan Lü Yansong(School of Energy and Environment Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401)Abstract A Solar heating system with seasonal storage is designed and built for the villa buildings in Tianjin suburb. The solar energy was stored in the soil in summer, and was taken out by the ground-source heat bump for building heating in winter. The solar energy collected in winter was used directly for heating. The test data in a short-term experiment indicated that the soil temperature in the heat storage area increased averagely 1.3 centigrade degree after 36 days. The experimental results confirmed that using a vertical duct storage system for the seasonal solar energy storage is viable.. Long-term effects of the solar energy storage system will be needed further study. To design the solar energy seasonal storage and heat bump combined heating system, the reasonable subsystem design should be paid more attention to enhance energy efficiency. Keywords Solar energy Seasonal heat storage Ground-source heat bump Building Heating1．绪论在能源与环境问题日益突出的今天，地源热泵作为清洁、高效的供热空调系统正受到越来越多的关注，成为建筑空调领域的热点。
基于大规模太阳能跨季节蓄热技术的供暖系统
4.具体方案及成果
成果： 1、国内外示范工程调研报告。 2、系统设计选型方案、安装施工参考方案 3、蓄热系统中的关键技术报告。 4、专利及相关技术文章。 5、配合完成国际能源署的工作。
5. 项目预算
研发费用明细 系统调研考察差旅费用 参加国内外论坛及会议费用 系统软件学习及资料费用
测试费 人工费 合计
社会效益分析：
• 如果按上述5套的推广，相对于电采暖，每套系统可节约电能79.7万 kWh（建筑每年需耗96万kWh电供暖，太阳能节约了38.6万kWh电， 水源热泵节约了41.1万kWh电），5套系统一共可节约电能398.6万kWh ，相当于节约159.4万吨标煤，约减少二氧化碳等温室气体排放393.8万 吨，社会效益显著。
价格
高
高
低
可靠性
高
低
低
热损
低
低
中
低
低
低
低
高
高
中
低
高
不同储热技术的经济性比较
不同储热技术的经济性比较
多大面积 可以称为大 型系统？
➢供热能力大 于0.5MW ➢集热器大面 积大于700m2
— IEA-SHC Task45
河北经贸大学太阳能采暖工程
河北经贸大学太阳能采暖工程
➢ 集热器面积：1.16万平方米 ➢ 储热水箱：228个89吨的地上水箱跨季节蓄热
砾石-水
优点： 系统不承压 缺点： 占地面积大 成本高于地下储热
地埋管 含水层
优点： 造价低 模块化设计，益于调节 缺点： 热容量小
优点： 热容量高 系统简单 缺点： 地质条件要求高 储热温度低，通常需要 热泵
不同储热技术的经济性比较
技术路线
跨季节蓄热太阳能集中供热技术
1跨季节蓄热太阳能集中供热技术新闻来源：天津大学机械学院热能工程系作者：宋德坤王华军赵军李丽梅日期：2005-11-29全球范围内能源危机与环境的日益恶化，以化石燃料为主的城市集中供热系统带来的建筑能耗和环境污染等问题，已经备受人们关注。
目前，建筑用能约消耗全球1/3的能源。
在建筑用能的同时，还向大气排放大量的污染物，如TSP，SO2，NO x等。
据有关部门测算，建筑用能排放的CO2几乎占全球总排放量的1/3，数量十分惊人。
为此，许多国家都在积极地发展一系列的多元化的绿色建筑节能技术。
跨季节蓄热太阳能集中供热系统（以下简称CSHPSS），就是在此背景之下产生的一种新型住宅供热方式与理念。
???1、系统原理??? 所谓跨季节蓄热太阳能集中供热系统，是与短期蓄热或昼夜型太阳能集中供热系统(以下简称CSHPDS)相对而言的。
从某种意义上讲，现在普遍流行的小型家用太阳热水器系统(DSHS)以及其它类似装置就属于短期蓄热太阳能供热系统的范畴。
由于地球表面上太阳能量密度较低，且存在季节和昼夜交替变化等特点。
这就使得短期蓄热太阳能供热系统不可避免地存在很大的不稳定性，从而使太阳能利用效率也变得很低。
??? CSHPSS系统可以在很大程度上克服上述缺点。
它具有很强的灵活性，主要通过一定的方式进行太阳能量存储(蓄热)，以补偿太阳辐射与热量需求的季节性变化，从而达到更高效利用太阳能的目的。
在欧洲，CSHPSS系统中太阳能占总热需求量的比例已经达到40%~60%(表１)，远远超出了CSHPSS系统和家用太阳热水系统。
因此，目前CSHPSS系统已经成为国际上比较流行的极具发展潜力的大规模利用太阳能的首选系统之一。
??? 常见的CSHPSS系统主要由太阳集热器、蓄热装置、供热中心、供热水网以及热力交换站等组成，如图1所示。
系统基本工作原理如下：在夏季，冷水与太阳集热器采集的太阳能量换热后，一方面可以直接供用户使用；另一方面，有相当一部分太阳能被直接送入蓄热装置中储存起来。
太阳能供热采暖技术现状与发展
太阳能供热采暖技术现状与发展摘要：面对中国日益紧张的环境问题，中国逐步加大了新清洁能源的开发和应用。
太阳能水源热泵系统是一种新型高效节能环保系统。
太阳能与热泵联合供暖可以发挥各自的优势，弥补单一供暖形式的不足，提高供暖的稳定性和系统运行性能。
鉴于此，本文对太阳能水源热泵系统的工作原理和具体应用进行了研究，以供参考。
关键词：太阳能水源热泵；工作原理；应用方法1太阳能热泵供暖技术概述太阳能热泵供热技术实际上是太阳能技术与热泵供热技术的有机结合。
通过综合利用太阳能、浅层地能等可再生能源，调节建筑内部温度，智能控制建筑供暖系统。
1.1工作原理太阳能热泵供热技术的工作原理有其独特的亮点，即综合利用太阳能和浅层地能实现全天候供热。
根据太阳能集热器与热泵蒸发器的连接方式，太阳能热泵供暖系统分为直接膨胀式和非直接膨胀式。
直接膨胀式太阳能热泵供暖系统中的太阳能集热器直接与热泵蒸发器连接，而非直接膨胀式太阳能热泵供暖系统通过介质将太阳能集热器与热泵蒸发器连接。
工作原理：太阳能集热器吸收热量，热泵蒸发器从集热器中提取热量并加热以加热或制备热水。
在正常天气条件下，启动太阳能收集器可以收集热能并使用太阳能加热或制备热水。
如果是阴天或下雨天，可以使用浅层地面能源作为太阳能的补充，这也可以确保建筑供暖或热水制备的可持续性。
1.2结构设计太阳能热泵供热系统主要包括三个部分：太阳能供热总成、地能运行转换总成和风机盘管供能总成。
系统采用模块化结构，可扩展性强，灵活性高，维护简单方便，维护不影响正常运行。
1.3工艺流程太阳能热泵供暖系统的整个运行过程采用智能控制技术，自动控制系统的运行基本上不需要人工操作。
在日照较少且无法满足太阳能集热器热能需求的天气条件下，系统自动启动热泵系统，通过地面能源补充太阳能。
在太阳能充足的情况下，自动关闭热泵系统。
通过智能控制装置对整个系统的工艺流程进行控制，节能效果良好。
1.4技术特征太阳能热泵供暖的技术特点包括：① 太阳能集热器结构简单，即使在非常寒冷的地区也可以使用平板集热器。
太阳能跨季节蓄热供暖技术研究现状及展望
太阳能跨季节蓄热供暖技术研究现状及展望作者：陈翱彭冬来源：《科技资讯》2021年第35期基金项目：西南科技大学城市学院智慧能源技术研究中心《光电光热复合太阳能系统性能分析与优化设计研究》（项目编号：zhnyzd202101）。
作者简介：陈翱（1994—），男，本科，助教，研究方向为建筑节能装备。
彭冬（1992—），男，本科，助理实验师，研究方向为机械制造。
摘要：太阳能季节性不均衡，夏季不用采暖时，太阳能可以释放更多热量，当到冬季取暖季节，因太阳光比较弱，所以不会释放更多的热量。
该研究首先对太阳能跨季节蓄热供暖技术进行了简单介绍，然后对太阳能跨季节蓄热技术的研究现状进行深入分析，在此基础上对太阳能跨季节蓄热供暖技术进行展望，从而可以使太阳能跨季节蓄热供暖技术的合理性和经济性得到全面提高。
关键词：跨季节太阳能蓄热供暖技术研究中图分类号：TK512 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2021）12（c）-0000-00Abstract： Solar energy is seasonally unbalanced. When heating is not used in summer， solar energy can release more heat. When heating in winter， because the sunlight is relatively weak， it will not release more heat. During the research period of this article， firstly， the solar cross season heat storage heating technology is introduced， and then the research status of solar cross season heat storage technology is deeply analyzed. On this basis， the solar cross season heat storage heating technology is prospected， so that the rationality and economy of solar cross season heat storage heating technology can be comprehensively improved.Key Words： Cross season; Solar energy; Heat storage heating technology; Research1技术简介尽管我国太阳能热水生产能源已经非常完善与健全，但是不能直接当作采暖能源的主体，究其原因是：太阳能季节性不均衡，夏季不用采暖时，太阳能可以释放很多的热量，当到了冬季取暖季节时，因太阳光比较弱，所以不会释放更多的热量。
太阳能采暖系统应用现状与发展
太阳能采暖系统应用现状与发展摘要：太阳能采暖系统是以太阳能作为热源，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。
本文介绍了太阳能采暖系统国内外现状和主要设备的应用情况，指出了系统设计中存在的一些问题，提出了发展太阳能采暖系统的若干措施。
关键词：太阳能采暖措施中图分类号：s214一、引言随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。
太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。
我国拥有丰富的太阳能资源，全国三分之二以上地区的年日照时间大于2000h，辐射总量大于5860m/m2，具有良好的利用太阳能的条件。
同时我国北方地区冬季寒冷，需要供暖以及大量的生活用水，有效地利用太阳能资源，既是近期急需的能源补充，又是未来能源的基础。
二、常见的太阳能采暖系统设备（一）集热器常见的太阳能集热器有平板型和真空管型两种，其中，真空管型又可分为全玻璃真空管型、u型管真空管和热管真空管集热器。
由于太阳能采暖系统与建筑结合紧密，因而对集热产品与建筑的结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，平板集热器结构简单，抗压，抗外力冲击，适合承压运行，从整体外观、结构强度、安装运行等方面都非常适合与建筑相结合。
在热性能方面，尽管平板集热器的保温性能不如真空管集热器，但由于其有效采光面大于真空管集热器，因此其热效率高于真空管集热器。
早期平板集热器不能防冻过冬的缺点随着技术进步早已得到解决。
太阳能采暖工程中，非采暖季能源过剩，真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则能较容易地解决这一问题，因此，目前北京地区太阳能采暖工程中，很多工程项目采用了平板型集热器。
（二）辅助热源为住宅提供采暖用热水的太阳能采暖系统，与为住宅提供生活热水的太阳能热水系统在供水特点上是不同的，生活热水不需要连续供应而采暖用热水必须连续供应，而且要稳定可靠。
国外跨季节储能实例
国外跨季节储能实例
跨季节储能是指将能源在一个季节内储存，以供另一个季节使用。
这在能源需求与供应季节性变化明显的地区尤为重要。
国外已有多个成功的跨季节储能实例，其中最为突出的是北欧国家的跨季节热能储存项目。
以瑞典为例，该国北部地区冬季漫长而寒冷，夏季则相对短暂。
为了平衡这种季节性的能源需求差异，瑞典开发了一种跨季节热能储存系统。
该系统利用地下岩石层或含水层作为热能储存介质，在夏季将多余的太阳能和地热能储存起来，然后在冬季释放出来供暖和热水使用。
这些系统的运行原理相对简单。
在夏季，通过热泵技术从地表或地下水源中汲取热能，然后将这些热能注入到地下的岩石层或含水层中。
冬季时，再通过热泵技术从岩石层或含水层中提取储存的热能，用于供暖和热水。
除了瑞典，德国、挪威和丹麦等北欧国家也在积极推进跨季节储能项目。
这些项目不仅有助于平衡能源供应和需求的季节性变化，还可以减少对传统能源的依赖，从而降低温室气体排放，促进可持续发展。
当然，跨季节储能技术还面临一些挑战，如储能效率、成本、环境影响等问题。
但随着技术的不断进步和成本的降低，预计跨季节储能将在未来得到更广泛的应用。
总之，国外跨季节储能实例展示了这一技术在平衡能源供需季节性变化、促进可持续发展方面的巨大潜力。
随着技术的不断发展和完善，跨季节储能有望在未来发挥更加重要的作用。
太阳能光热发电技术的最新进展
太阳能光热发电技术的最新进展在当今全球追求清洁能源的大背景下，太阳能光热发电技术作为一种极具潜力的可再生能源利用方式，正经历着日新月异的发展。
太阳能光热发电是指将太阳能转化为热能，再通过热功转换过程发电的技术。
与传统的光伏发电相比，光热发电具有储能能力强、输出稳定、可与传统能源系统兼容等优势。
近年来，太阳能光热发电技术在多个方面取得了显著的进展。
首先是聚光技术的不断改进。
传统的槽式聚光和塔式聚光技术在效率和成本方面都有了新的突破。
槽式聚光系统通过抛物面槽式反射镜将太阳光聚焦到集热管上，加热传热介质。
如今，新型的槽式反射镜材料和制造工艺使得反射效率更高，同时集热管的耐高温和传热性能也得到了提升。
塔式聚光系统则是通过大量定日镜将太阳光反射到塔顶的接收器上，产生高温热能。
新一代的定日镜控制技术更加精准，能够更有效地跟踪太阳位置，提高聚光效率。
此外，还有碟式聚光技术也在不断发展，其小巧灵活的特点使其在分布式能源应用中具有一定潜力。
储能技术是太阳能光热发电的关键环节之一。
目前，熔盐储能技术已经逐渐成熟并得到广泛应用。
熔盐具有高比热容、低成本、稳定性好等优点，能够有效地储存太阳能产生的热能。
通过优化熔盐的配方和储能系统的设计，储能时间和效率都有了显著提高。
同时，一些新型的储能材料和技术也在研究中，如固体储能材料和相变储能技术，有望在未来进一步提升光热发电的储能性能。
在传热介质方面，除了传统的导热油和熔盐，新型的传热介质也不断涌现。
例如，一些高温气体传热介质具有更高的传热效率和更低的成本，为光热发电系统的性能提升提供了新的可能。
此外，研究人员还在探索使用纳米流体等先进材料作为传热介质，以提高传热性能和系统效率。
太阳能光热发电系统的集成与优化也是当前研究的重点之一。
通过将聚光、传热、储能等环节进行合理的集成和优化，能够提高整个系统的效率和可靠性，降低成本。
同时，智能化的控制系统能够实时监测和调整系统运行参数，确保系统在不同的天气条件下都能高效稳定运行。
浅析跨季节蓄热太阳能区域供热技术
115中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.08 （下）近年来学界围绕跨季节蓄热技术开展了大量研究，地下水体蓄热（Aquifer）、土壤源蓄热（BTES ）、大容积水池蓄热（PTES ）、钢罐蓄热（steel tank）等跨季节蓄热技术便属于这类研究的成果代表，这类技术均具备蓄热体大型化的发展趋势。
为保证跨季节蓄热技术较好服务于太阳能区域供热，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。
1 跨季节太阳能蓄热技术1.1 地下水体蓄热技术地下水体蓄热属于常用的跨季节太阳能蓄热技术，该技术在应用中对建设地点地质构造存在着较为苛刻的要求。
地下水体蓄热技术的应用需得到上下两层不透水层的支持，并安装一口热水井与一口冷水井。
在太阳能充足的情况下，地下水体蓄热技术能够在热水井中实现太阳热能的存储，而通过抽取热水井中的热水，冬季即可满足跨季节太阳能的生活热水用热、建筑物供暖需要，完成热量提取后的水需灌入冷水井，由此即可避免水资源的浪费。
早在2000年，地下水体蓄热技术便已经在德国得到了实践应用，应用地下水体蓄热技术的跨季节蓄热太阳能供热系统为7000m 2建筑中的108名住户提供了50%的冬季生活热水用热及建筑供暖用热，冬季用热量供给高达50%（部分年份可达到55%）。
跨季节蓄热太阳能供热系统在地下水体蓄热技术应用中将最高蓄热温度限定为50℃，而为了满足冬季需要，该工程还配备了辅助热泵用于加热，通过将生活热水与供暖用供水的温度提高至65℃，地下水体蓄热技术的实用性大幅提升，这必须得到业界人士的重视。
1.2 土壤源蓄热技术土壤源蓄热技术主要采用地埋管蓄热装置，通过在竖井内设置单U 形管或双U 形管，即可通过水等介质储在土壤和岩石中储存太阳热能，地埋管蓄热装置一般设置深度为地面下30～100m 范围。
在冬季供暖时，土壤源蓄热技术能够通过水等介质将竖井附近岩石和土壤积蓄的热量交换出来，由此即可满足冬季生活热水用热及建筑供暖用热需要。
跨季节太阳能供暖系统设计
地下热储存是到目前为止跨季节利用太阳能的一种现实可行的方法，它可以 把春、夏、秋三个季节的太阳能热量储存于地下，以供冬季供热之用。系统中利 用土壤作为蓄热介质，是考虑土壤既是传热材料，又是储热材料，土壤的热容量 适中，其体积热容量较大，接近水热容量的 1/2。
本文设计了一种跨季节太阳能空气集热、土壤蓄热系统，该系统主要是将夏 季和过渡季的太阳辐射能储存到地下蓄热体中，在冬季太阳能不能满足建筑热负 荷时，利用蓄热体中储存的热量为建筑物供暖。在设计的基础上对温室供暖系统 和住宅建筑供暖系统进行了定性分析，研究了集热面积、蓄热体体积以及采暖面 积三者之间的关系，并以西安村镇典型住宅建筑为模型进行了详细的系统设计分 析。
太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究
太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究摘要：随着能源紧缺和环境污染等问题日益突出，可再生能源成为解决能源问题的重要选择。
太阳能作为一种广泛可利用的可再生能源之一，其应用在供暖系统中具有巨大的潜力。
本文重点研究了太阳能相变蓄热供暖系统的理论基础和实验研究，通过实验验证了太阳能相变蓄热供暖系统的可行性和效果。
1. 引言能源紧缺和环境污染已经成为全球面临的重大问题之一。
传统的供暖方式主要依赖于化石燃料，对能源消耗和环境产生了巨大压力。
因此，研究开发新型供暖系统具有重要意义。
太阳能作为广泛可利用的可再生能源之一，其应用在供暖系统中具有巨大的潜力。
太阳能相变蓄热供暖系统作为太阳能供暖的一种新型方式，通过利用相变材料的瞬时相变吸收和释放热量，可以有效地提高供暖系统的能源利用效率。
因此，研究太阳能相变蓄热供暖系统的理论和实验研究具有重要意义。
2. 太阳能相变蓄热供暖系统的理论基础太阳能相变蓄热供暖系统是基于相变储能原理的供暖系统，其核心是相变材料的应用。
相变材料具有在温度变化时发生相变的特性，即固体与液体之间的相变。
当太阳能辐射照射到相变材料上时，相变材料会吸收热量并发生相变，从而储存热能。
当室温降低时，相变材料会释放热能，实现供暖效果。
考虑到相变材料的选取和系统的设计，在太阳能相变蓄热供暖系统中，太阳能收集器、相变材料储热器、热交换器等是系统的关键组成部分。
理论基础的研究是太阳能相变蓄热供暖系统实验的基础，其为实验结果的解释和验证提供了理论依据。
3. 太阳能相变蓄热供暖系统的实验研究本研究基于理论基础的研究，设计了一套太阳能相变蓄热供暖系统的试验装置，并进行了实验研究。
该试验装置包括太阳能收集器、相变材料储热器和热交换器等组成部分。
实验过程中，通过控制太阳能收集器的角度和方向来最大程度地接收太阳辐射能，使得相变材料能够吸收更多的热能。
实验结果表明，太阳能相变蓄热供暖系统在不同气候条件下都能较好地满足供暖需求，并达到较高的能源利用效率。
跨季节土壤蓄热太阳能数值模拟研究
文章编号：1671-6612（2020）04-399-07跨季节土壤蓄热太阳能数值模拟研究郭占全苑中显张琦（北京工业大学环境与能源工程学院北京100124）【摘要】为减少太阳能利用所受的季节性限制，以太阳能跨季节蓄热为背景，土壤为蓄热介质，利用ANSYS软件对水平地埋管与土壤的非稳态换热过程进行三维数值模拟。
在流速、管径、土壤初始温度以及运行时间等条件相同的情况下，分别讨论埋管深度、管内流体温度、土壤热物性参数以及埋管间距对土壤蓄热效果的影响。
结果表明：对于埋深为1.5m 、2.0m 、2.5m 这三种工况，埋深2.5m 的土壤蓄热量最大，埋深1.5m 的蓄热量最小。
对于流体温度为60℃、70℃、80℃这三种工况，温度为80℃的土壤蓄热量最大，60℃的蓄热量最小。
对于沙土、粘土、褐土和花岗岩这四种土壤，褐土是最有利于蓄热的，沙土是最不利的。
对于埋管间距为2.8m 、3.2m 、3.6m 、4m 这四种工况，土壤蓄热量随埋管间距的增大而增大，管间距为4m 的土壤蓄热量最大，2.8m 的蓄热量最小。
【关键词】太阳能；水平地埋管；数值模拟；土壤蓄热中图分类号TK02文献标识码ANumerical Simulation of Solar Energy Storage in Trans-seasonal SoilsGuo Zhanquan Yuan Zhongxian Zhang Qi(College of Environmental and Energy Engineering,Beijing University of Technology,Beijing,100124)【Abstract 】In order to reduce the seasonal limitation of solar energy utilization,this paper takes solar energy as a background of seasonal heat storage,and the soil is a heat storage medium.The ANSYS software is used to simulate the unsteady heat exchange process of horizontal buried pipe and soil.Under the conditions of the same flow rate,pipe diameter,initial soil temperature and running time,the effects of buried pipe depth,pipe fluid temperature,soil thermal property parameters and buried pipe spacing on soil heat storage were discussed.The results show that for the three working conditions of buried depth of 1.5m,2.0m and 2.5m,the soil with a buried depth of 2.5m has the largest heat storage capacity and the minimum buried heat of 1.5m.For the three working conditions of fluid temperature of 60℃,70℃,and 80℃,the temperature of the soil at 80℃is the largest,and the heat storage at 60℃is the smallest.For the four soils of sand,clay,cinnamon and granite,cinnamon is the most favorable for heat storage,and sand is the most unfavorable.For the four working conditions of buried pipe spacing of 2.8m,3.2m,3.6m and 4m,the soil heat storage increases with the increase of the buried pipe spacing.When the pipe spacing is 4m,the soil heat storage is the largest while 2.8m is the smallest.【Keywords 】Solar energy;horizontal buried pipe;numerical simulation;soil heat storage基金项目：国家“973”项目（NO.2015CB251303）作者简介：郭占全（1993.10-），男，硕士，E-mail ：****************.通讯作者：苑中显（1962.11-），男，博士，教授，E-mail ：***************.cn 收稿日期：2019-11-060引言随着能源危机的出现，人们对新型能源的需要更加迫切，太阳能作为一种新型能源受到越来越多的关注，有关太阳能的研究利用范围也在日益扩·400·制冷与空调2020年大。
2024年全球新能源技术的突破进展
风能储能技术与微电网应用
风能储能技术研发
通过压缩空气储能、液流电池等新型储能技术，实现风能的稳定储 存和释放，提高风能利用率。
微电网应用推广
将风能储能技术与微电网相结合，构建独立供电系统，为偏远地区 或特定应用场景提供可靠的电力供应。
分布式能源管理
通过智能能源管理系统，实现风能、太阳能等分布式能源的协同优化 和高效利用，推动能源转型和可持续发展。
2024年全球新 能源技术的突破 进展
汇报人：XX 2024-01-15
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• 引言 • 太阳能技术突破 • 风能技术突破 • 氢能技术突破 • 生物质能技术突破 • 地热能、海洋能等其他新能源技术突破 • 总结与展望
01
CATALOGUE
引言
背景与意义
应对能源危机
随着全球能源需求的不断增长， 传统化石能源的枯竭问题日益严 重。新能源技术的突破对于缓解 能源危机、保障能源安全具有重 要意义。
海上风电场建设及运维技术提升
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深远海风电场建设
突破传统海上风电场建设 的技术瓶颈，成功在深远 海区域建设大型风电场， 充分利用海上风能资源。
运维技术智能化
运用无人机、机器人等先 进技术，实现海上风电场 的智能化运维，提高运维 效率和质量。
海上风电并网技术
研发先进的海上风电并网 技术，解决海上风电并网 难题，确保风电场稳定运 行并与电网良好互动。
04
CATALOGUE
氢能技术突破
电解水制氢技术改进及成本降低
高效电解槽技术
研发出更高效、更稳定的电解槽，提高电解水制氢的效率，降低 能。
廉价催化剂
开发出廉价、高效的催化剂，替代贵金属催化剂，降低电解水制 氢的成本。
储热技术的发展
除此之外，储热技术还被应用于可再生能源领域。例如，在太阳能领域， 储热技术被用于储存太阳能，以供夜间使用。在风能领域，储热技术被用 于弥补风力发电的不稳定性和间歇性
4 本文将介绍储热技术的发展历程、现状 和未来趋势
2
储热技术 的发展历
程
➢ 储热技术的研究和应用可 以追溯到19世纪初，但真 正的突破发生在20世纪60 年代，随着超导材料的研 究和应用，人们开始研究 将超导材料应用于电力储 存。然而，由于技术和成 本的限制，这种储热技术 并没有得到广泛应用
储热技术的发展历程
结论
11. 增材制造在储热领域的应用
增材制造(Additive Manufacturing)是一种 通过逐层添加材料来制造三维实体的技术。 未来，增材制造可能会在储热领域发挥重要 作用，例如制造具有复杂形状和优异性能的 储热材料和设备。此外，增材制造还可以用 于修复和再制造储热系统，提高其使用寿命
总结来说，储热技术的发展前景广阔，未来将会有更多的新材料、智能化技术、可再 生能源与储能的结合以及拓展的储能市场等。随着这些技术的发展和应用，储热技术 将在未来的能源领域中发挥更加重要的作用，为全球的可持续发展做出贡献
THANKS
结论
12. 储热技术与数字化技术的融 合
随着数字化技术的不断发展，储热技术与 数字化技术的融合将成为未来的一个重要 趋势。通过将传感器、物联网、大数据和 人工智能等技术应用于储热系统，我们可 以实现实时监控、预测性维护、优化运行 等功能，提高系统的效率和可靠性
滞水层跨季蓄能技术(图解)
滞水层跨季蓄能技术
◆滞水层简介
滞水层系统是利用沙、砂砾热容量大，稳定性好的特点，用地下水进行跨季节蓄能的一项新型技术。
滞水层由两个蓄能井(冷井和热井)、室内终端设备、太阳能收集器等部分构成。
每年从4月份到10月份，通过井扬水，把冬天贮存的冷量由冷井中提取出来，直接供给建筑物的制冷空调使用。
同时，把太阳能收集器所获得的热量注入到热井中。
从11月份开始到第二年的3月份，在这一时期把夏天贮存在热井中的热能提出来，直接作为建筑物内采暖使用。
同时，把供暖回水经过风冷后注入到冷井中。
系统就这样全年循环运行。
◆夏季滞水层的应用
◆冬季滞水层的应用
◆滞水层技术的投资回报分析
系统使用周期为30年至50年左右。
该系统的能源获取端投资约为100-150元/m2；终端设备的投资费用大概为100元/m2。
运行费用方面，比普通的热泵节能30%左右，比传统采暖制冷设备节约60%。
主要投入的电力消耗是由扬水泵、循环水泵、热交换器等的电力消耗所组成。
蓄冷井及蓄热井距离保持在50米或更远的距离。
选用地下100米至200米间的蓄水层作为蓄冷或
者蓄热的蓄能井。
有合适的含水层
采用封闭式正压循环方式。
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等对 含水 层蓄 热进行 了理 论分 析和 工程 实践 。 ０ ０ ２ ０ 年 ，德 国第一 个利 用含 水层 蓄热 的Ｃ ＨＰ Ｓ 罗斯 Ｓ Ｓ在 托 克投 入运行 。该系统 给 １８ ０ 个住 户一（ 建筑 面积 总 约７ ０ｍ２ ００ ），提供 ５％的冬 季建 筑供 暖用 热和 生活 Ｏ 热 水用 热 。２ ０ 年 ，该系统 承担 了住户 ５％的用热 ０５ ７ 量 。该 系统得 含水 层蓄 热 的最 高温 度 限定在 ５ ￣ ０Ｃ， 不能直 接用 于冬 季建筑 供 暖 。因此配 备有 热泵 ，将 供 暖用 供水温 度和 生活 热水温 度提 高 ￣６ ℃ ， Ｊ １５ 以此 来满足 系 统水温 要求 。 Ｊ
种蓄热装置 ，给 出了太阳能供热系统的评价指标 ，总结 了国 内该领域的研 究现 状，提出进一步有 待研究的问题。
【 关键词 】 跨季节蓄热；太阳能：集 中供热 中图分类号 Ｔ ８ ３ Ｕ ３
文 献 标 识码 Ｂ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｃｅ ｔ ａ ｏ ａｒＨ ｅ ｔｎｇ Ｐｌ ｎｔ ｔ ａ ｏ ｌＳ ｏ ａ ｅ ｓ ａ ｃ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｎ ｒ ｌＳ ｌ ａ ｉ ａ ｓｗｉｈ Ｓｅ ｓ ｎａ ｔ ｒ ｇ
热水蓄热相对于其他三种蓄热方式而言， 具有 单 位体 积热 容量 、流 动性 好 ，存取 热量 较为 快捷 的
特 点 ，因此 ，这 种蓄 能方 式 比较 常 见 。 Ｈ Ｓ 中 ， ＣＳ Ｐ Ｓ 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 。Ｍ ａ ｉ，等对 地下 圆 Ｉ ｌｔＴ ｎ ｌ６ｌ 柱 形 热水 蓄热装 置 的传热 模型 等进行 了理论分 析 。 在德 国腓 特烈 港建 设 的热水 蓄热 Ｃ Ｈ ｓ ，蓄热 水 ＳＰ ｓ 装 置 容 积 为 １００ ２０ｍ３（ ０ 高２ ｍ，直 径３ｍ） 。一 期 ２ 工程 供热 面积 为２０ ０ ，共有 ２０ｍ２ 热器 ，为 ３ ０ｍ２ ７０ 集 ２ ０ 住 户 提 供 部 分 生 活 热 水 和 冬 季 供 暖 用 热 ８户 ２０ 年 ，二 期 工程投 入 使用 ，增 加 ｌ０ ０４ １户住 户 ，集 热装 置面 积增 ￣ １５ｍ Ｉ３ ０ 。该系 统运 行前 ，预计 能为
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 ， 后 然 将提 取完 热量后 的水 灌入 冷水井 中。 ＴＫ ｎ ａ［】 Ｍ ａｇｓ Ｍ
水装置的 自 身热损失比预期 的２ ０ ２ ＭＷｈ 要高，实 ／ ａ 际蓄热水装置的热损失为３ ２４ ６ ８— ８Ｍｗ ａ 不等【。 ８ ］
左 右 ； （ ）太 阳能热水 管 网的回水 温度 比预 期 的 ２ 偏 高 ，热 交换 效率 没有 达 到预期 要 求 ； （ ）蓄热 ３
灰石等透水性能较好的物质组成。 含水层的上下两 层为 不透水 层 。在蓄 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 ， 获 取 将
［ ｙ ｒ ｓ ｓａｏ ａ ｓ ｒｇ ；ｏａ ｈａｉｇ Ｃ Ｈ Ｓ Ｋｅｗｏ ｄ ］ ｅ ｎ ｌｔ ａｅ ｓｌ ｅｔ ； Ｓ Ｐ Ｓ ｓ ｏ ｒ ｎ
０ 引言
太 阳能是一 种清 洁 的可再 生能源 ，目前 已经 广
荷兰、 丹麦 等 国家建 成跨季 节蓄热 太 阳能供 热系Fra bibliotek统 川
。
韩 国 、希腊等 国学者对 跨季节 蓄热 太 阳能集 中
跨 季 节蓄 热 太 阳 能供 热 系统 的技 术进 展
韩 旭 卢铁 江 文正江
南京
刘迎新
２００ ） １ ０ ７
（ 解放 军理 工大学
【 摘
要 】 跨季节蓄热太 阳能系统可 为区域建筑提供生活热水用热和冬季采暖用热 ，供热量可 占用户热量总
需求的一半 以上 ，欧美等国 已经建成多个实际工程 。介绍了跨季节蓄热太阳能集中供热 系统 及四
泛应用于发电、供热、制冷等领域。 太阳能供热系 统 根据 蓄 存 与 使用 热 量 的 时 间跨 度 可 分 为短 期 蓄 热太 阳能 供热 系 统Ｃ Ｈ ＤＳ （ｅｔ ｌｓｌ ｅｔ ｇ ＳＰ ｃｎｒ ｏａ ｈａｉ ａ ｒ ｎ
ｐａｔｗｉ ｉｍａｓ ｒｇ ）和跨 季节 蓄热太 阳 能供 ｌ ｓ ｔｄ ｎ ｈ ｕ ｌｔ ａｅ ｏ
一
辅助热源 ， 配备一个３ｍ 的临时储热水箱 。 ０ 为降低 蓄 热装 置 的 回水温 度 ，安装 了一 台６ｋ 的热 泵 ， ０Ｗ
使 原来 Ｇ Ｔ 回水温 度 由原来 的３ ℃降至 ｌ℃ ， ＷＥ Ｓ ０ ０ 从而提 高 了ＧＷＥ ｓ ４％的蓄热 能力【。 Ｔ近 ０ ８ 】
２４ 含水 层蓄 热 ．
ｓａｏ ａ ｓ ｒｇ ） 。短期蓄 热太 阳能 供热 系统主 要 ｅｓｎｌ ｔ ａｅ ｏ 为住 宅 、宾馆 、学校 等建筑 提供 生活 热水 及冬季 供
暖的部分用热， 全年提供热量的比例 占供热用户所
需 热量 的 １—０ ５２ ％。跨 季 节蓄 热太 阳能供 热 系统 为 区域 建筑 提 供 全 年 生活 热 水 用热 和 冬 季 采 暖用 部 分 热 量 ，提 供 热 量 的 比例 能 达 到用 户 热 量 需求 的 ５％。 国际 能源署 ｌＡ于 １８ 年 启动 了跨 季节 蓄热 ０ Ｅ ９１ 太 阳能集 中供 热 系统研 究 ，并先后 在德 国 、瑞典 、
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 。Ｂ ｒｈｒ 籼 ｅ等ｌ Ｊ 地 ｕｋａｄＳ ｒ 对
埋 管 蓄 热 的传 热 模 型和 工 程 实 际进 行 了分 析和 总 结 。在德 国西 南部 的 内卡苏姆 ，从 １９ 年开始 ，分 ９７ 三 期建 成一 个蓄 热体 积为 ６３０ 的地埋 管蓄 热装 ３６ｍ 置 。该装 置 建有 ５ ８ ２ 口双Ｕ管 的蓄 热 井 ，使 用 两个 ｌＯ 的水 箱储 存部 分热 量 ， 以平 衡短 期 内系统 换 Ｏ ｍ
含 水 层 蓄 热对 建 设 地 点 的地 质 构 造 条 件 的选 择 比较 苛刻 。含 水层 主要 由沙石 、砾 石 、沙子 、石
期住户提供４ ％的热量需求 ，２ ０— ０７ ３ ０３２ ０ 年，该
系 统 实 际提 供 的太 阳 能热 量 的 比例 为２ ～３ ％不 ４ ３ 等 。 有达 到预 期供 热 比例 的原 因有 以下 几 点 ： １ 没 （） 住 户 建 筑 的冬 季 热 负荷 比理 论 计 算 值 要 高 出 １％ ０
本原 理 ：太阳 能集热 装置 吸收太 阳热 能 ，经太 阳 能
作者简介 ：韩 旭 （ ９ ９ ） １ ６一 ，男，博士，副教授 ，Ｅ ｍ ｌ ａｘ ｉ． ３ ｏ － ａ ：ｈｎ ＠ｖｐ１ ． ｍ ｌ ６ｃ 通讯作者 ：卢铁江 （ ９ ８ ） １ ７一 ，男，在读硕 士研究生 ，工程师 ，Ｅｍａｌ ｔａｇ ７ ＠１３ｃ ｍ － ｉ ｊ ｎ ８ ６． ：ｌｉ ｏ 收稿 日期 ：２ １－５２ ０ １０．４
Ｈａ Ｘ Ｌ ｉ ｉ ｇ Ｗｅ Ｚ ｅｇｉ ｇ Ｌｕ ｉｇ ｉ ｔ ｒ ｕ ｕＴｅａ ｊｎ ｎ ｈｎｊ ｎ ｉＹｎｘｎ ａ
（ Ｌ ｎｖ ｒ ｔ ｆ ｃ ｎｅａｄＴｃ ｎ ｌｇ， ｎｉｇ ２ ０ ０ Ｐ ＡＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＮａｊ ， １０ ７） ｎ
［ ｓ ａｔ Ａ ｎｒｌ ｏａ ｅｔ ｇｐａｔ ｗｉ ａｏ ａ ｓ ｒｇ Ｃ Ｈ Ｓ ） ａ ｒｖｄ ｒ ｔａ ０ ｏ ｔｅｍａ ｅ ｅ ｙｆｒ Ａｂｔ ｃ］ ｒ ｃ ｔ ｌ ｈａｉ ｌ ｓ ｔ ｓ ｓｎ ｌｔ ａｅ（ Ｓ Ｐ Ｓ Ｃ ｐｏ ｉ ｍｏｅｈ ｎ５ ％ ｆ ｒ ｌ ｎ ｒ ｅ ａｓ ｒ ｎ ｎ ｈｅ ｏ ｎ ｅ ｈ ｇ ｏ
１ 跨季 节蓄热太 阳能集 中供热系统
跨季节蓄热太 阳能集中供热系统 （ 以下简称 Ｃ Ｈ Ｓ） Ｓ Ｐ Ｓ 是供 热用 户数 量在 １０ 以上 的区域 性太 ０户
阳能供热系统，主要 由集热装置、蓄热装置、辅助 热源 、热水 管 网等部分 组成 。图１ 明Ｃ Ｈ Ｓ 的基 说 Ｓ ＰＳ
第 ２ 卷 第 ３期 ６ ２１ ０ ２年 ６月
制冷与空调
Ｒｅｒ ｅａｉｎａ ｄＡｉ ｎ ｉｉｎｎ ｆｉ ｒｔ ｎ ｒ ｇ ｏ Ｃｏ ｄｔ ｉｇ ｏ
、０ ．６ Ｎｏ ３ ，１ ． ２ Ｊ ｎ． ０ ２ ２ ８ ２ ３ ｕ ２ １ ．２ ～ ３
文章编号：１７ ．６ ２ （０ ２ ３２ ８０ ６ １６ １ ２ １ ）０ ．２ ．６
热 系统 Ｃ ＨＰ Ｓ （ｅ ｔ ｌｓｌ ｅｔ ｇ ｐａ ｔ ｗｉ Ｓ Ｓ ｃｎｒ ｏａ ｈ ａｉ ｌ ｓ ｔ ａ ｒ ｎ ｎ ｈ
供暖系统在本 国的应用进行了研究【】 ２ 。德国政府 ， ３
自１９ 开 始 资 助太 阳能 集 中供 热 系 统 的研 究 与 工 ９３ 程 示 范项 目［ 。截 止２ ０ 年 ，丹 麦建 成９ 大型 的 ４ １ ０９ 座 太 阳能热站 ，总建筑面积达 ￣５００ 。预计未来 ｌ Ｕ５０ｍ ０ 年 ，丹麦还将 建 设５座 大型太 阳 能热 站 ，届 时太 阳 ０ 能供 热系统 的供热面积 将达￣ ｌ０２０ Ｊ ｌ０－０ 万平方米【。 ５ ｌ
＿
・３ ２ ０・
制冷与空调
２１ 热水 蓄热 ．
热性 能和 经济 性进行 了分 析 。 国 自１８－ ０８ ， 德 ９ ４２ ０年 先 后 在 斯 图 加 特 等 地 建 成 ５ 砾 石 一 蓄 热 的 个 水
Ｃ ＨＰ Ｓ 蓄 热装 置容积 从 １ ５ － ５ ０ 不等 。 ０ ８ Ｓ Ｓ， ０ ０ ４ ０ ｍ ２ ０ 年 建 成 的埃 克 斯坦 因砾 石一 蓄 热Ｃ ＨＰ Ｓ 有 平 水 Ｓ Ｓ共 板 集 热器 １０ｍ２ ６０ ，蓄热 装 置容 积 为４ ０ｍ ５０ ，冬 季 供 暖面 积 １０ ０ 。 ２ ０ ｍ２ 使用 ２ ０ ｋ 的燃气锅 炉 作为 台６ ０ Ｗ