基于大规模太阳能跨季节蓄热技术的供暖系统
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
一种太阳能结合相变材料跨季储热的供暖系统[实用新型专利]
![一种太阳能结合相变材料跨季储热的供暖系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/96f1a069d4d8d15abf234ed9.png)
专利名称：一种太阳能结合相变材料跨季储热的供暖系统专利类型：实用新型专利
发明人：苏存堂,邱明红,韩红鸣
申请号：CN201720912975.0
申请日：20170725
公开号：CN207162719U
公开日：
20180330
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种太阳能结合相变材料跨季储热的供暖系统，包括太阳能热水器、供暖房间和保温箱。
所述太阳能热水器用于将太阳能转化为水的热能；所述供暖房间内设置有地暖水管，通过所述地暖水管内的水循环向供暖房间提供低温辐射供暖；所述保温箱设于所述太阳能热水器和所述供暖房间之间，所述保温箱内部设有相变材料，所述相变材料用于储存和释放热量。
本实用新型提供的一种太阳能结合相变材料的跨季储热供暖系统，水循环回路简单直接，避免了复杂循环导致的热量损失，供热效率高，利用相变材料存储热量，相变材料具有储热密度大、储热容器体积小、热效率高等优点，有效避免了能源的浪费。
申请人：依科瑞德(北京)能源科技有限公司
地址：102200 北京市昌平区科技园区超前路37号1幢三层
国籍：CN
代理机构：北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)
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太阳能跨季节蓄热采暖系统[实用新型专利]
![太阳能跨季节蓄热采暖系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3f0f7a34e97101f69e3143323968011ca300f72f.png)
(10)授权公告号 CN 201836970 U(45)授权公告日 2011.05.18C N 201836970 U*CN201836970U*(21)申请号 201020504243.6(22)申请日 2010.08.25F24D 11/00(2006.01)F24D 12/02(2006.01)(73)专利权人锦州森博特新能源技术有限公司地址121001 辽宁省锦州市凌河区延安路六段12-6号(72)发明人李深田 姜国伟 赵薇 安亚利邢鹏(74)专利代理机构锦州辽西专利事务所 21225代理人李辉葛春波(54)实用新型名称太阳能跨季节蓄热采暖系统(57)摘要一种太阳能跨季节蓄热采暖系统，包括太阳能集热器、供暖末端、分层水箱、地下蓄热区和辅助热源，集热器供水管通过第一电磁阀与分层水箱高温区相连，集热器回水管上设有第一循环水泵并与分层水箱低温区相连；分层水箱低温区通过第二循环泵与地下蓄能区相连，集热器供水管与分层水箱低温区设连通管并装有第二电磁阀；供暖末端供水管通过第三循环水泵与第一电磁阀、分层水箱高温区和地下蓄能区相连，供暖末端回水管与分层水箱低温区相连；辅助热源供水管通过第四循环水泵与分层水箱高温区、辅助热源回水管构成采暖季低谷电蓄热系统。
本实用新型以太阳能作为主要能源输入，通过跨季节蓄热/放热平衡太阳能季节性的峰谷分布，以满足建筑的全天候采暖需求。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1.一种太阳能跨季节蓄热采暖系统，包括太阳能集热器（1）、供暖末端（4），其特征是：还设有分层水箱（2）、地下蓄热区（3）和辅助热源（5），集热器供水管（12）通过其上装有的第一电磁阀（10）与分层水箱（2）高温区相连，集热器回水管（13）上设有第一循环水泵（7）并与分层水箱（2）低温区相连；分层水箱（2）低温区通过第二循环泵（6）还与地下蓄能区（3）相连，集热器供水管（12）与分层水箱（2）低温区设连通管（20）并装有第二电磁阀（11）；供暖末端供水管（16）通过第三循环水泵（8）分别与第一电磁阀（10）、分层水箱（2）高温区和地下蓄能区（3）相连，供暖末端回水管（17）直接与分层水箱（2）低温区相连；辅助热源供水管（19）通过其上设有的第四循环水泵（9）与分层水箱（2）高温区、辅助热源回水管（18）构成采暖季低谷电蓄热系统。
一种太阳能跨季节储热供热系统[发明专利]
![一种太阳能跨季节储热供热系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/adfa4b7d842458fb770bf78a6529647d27283433.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011295173.2(22)申请日 2020.11.18(71)申请人 河北工业大学地址 300401 天津市北辰区西平道5340号申请人 河北工业大学（张北）产业技术研究院 河北泓宇能源科技有限公司(72)发明人 王恩宇 左春帅 张学友 沈海笑 (74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569代理人 孙玲(51)Int.Cl.F24D 11/02(2006.01)F24D 19/10(2006.01)F24D 19/00(2006.01)F24S 40/60(2018.01)(54)发明名称一种太阳能跨季节储热供热系统(57)摘要本发明涉及一种太阳能跨季节储热供热系统。
所述系统包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；进而形成太阳能直接储热循环、构成太阳能集热循环、末端供热循环、地源取热循环以及供热季储热循环。
本发明提高了太阳能储热效率和太阳能资源利用率，减少了由于环境温度低导致的防冻和散热损失问题。
权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 112283787 A 2021.01.29C N 112283787A1.一种太阳能跨季节储热供热系统，其特征在于，包括：太阳能集热器、中间循环水箱、热泵机组、地埋井群、末端散热装置、集热循环泵、储热循环泵、地源循环泵、末端循环泵、第一储热控制阀、第二储热控制阀、第一集热控制阀、第二集热控制阀、第一末端控制阀、第二末端控制阀、第三末端控制阀、第一地源控制阀、第二地源控制阀、第一控制阀以及第二控制阀；所述太阳能集热器的出口通过连接管道经过第一储热控制阀与所述地埋井群入口连通，所述太阳能集热器的入口依次经过所述储热循环泵和所述第二储热控制阀与所述地埋井群的出口连通；所述太阳能集热器的出口通过连接管道以及所述第一集热控制阀与所述中间循环水箱的高温入口连通，所述中间循环水箱的低温出口依次经过所述第二集热控制阀、所述集热循环泵与所述太阳能集热器的入口连通；所述中间循环水箱的高温出口经过所述第一末端控制阀、所述末端循环泵与所述热泵机组的冷凝器的入口连通，所述热泵机组的冷凝器的出口经过所述第二末端控制阀与所述末端散热装置的入口连通，所述末端散热装置的出口通过连接管道以及所述第三末端控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通；所述热泵机组的蒸发器的出口通过连接管道依次经过第一地源控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过第二地源控制阀与所述热泵机组的蒸发器的入口连通；所述中间循环水箱的高温出口通过连接管道依次经过所述第一控制阀、所述地源循环泵与所述地埋井群的入口连通，所述地埋井群的出口经过所述第二控制阀与所述中间循环水箱的低温入口连通。
太阳能大容量跨季节储热与冬季供暖装置[实用新型专利]
![太阳能大容量跨季节储热与冬季供暖装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6e50c5e752ea551811a6873d.png)
专利名称：太阳能大容量跨季节储热与冬季供暖装置专利类型：实用新型专利
发明人：符逸锋
申请号：CN201620057368.6
申请日：20160121
公开号：CN205825193U
公开日：
20161221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型的太阳能大容量跨季节储热与冬季供暖装置属于太阳能利用领域，由集热器、跟踪器、水箱、储热室、地暖盘管、管路、电磁阀、泵及温感探头组成，并联的集热器单元左侧管路通过电磁阀与地下储热室的储热盘管、右侧管路连通，左侧管路另通过电磁阀、自吸排空泵与水箱底部连通，通过电磁阀、高温高压泵与水箱中下部连通；右侧管路通过电磁阀与水箱上端面连通。
水箱底部连通装设有排污阀，水箱底部另与管道阀、水处理器、自来水管顺序连通。
水箱下部与循环泵、电磁阀、地暖盘管、水箱中下部顺序连通。
水箱上装设有液位感应器和水箱温度感应器，在地暖盘管、集热器和储热盘管上分别装设有温感探头。
在电控柜内装设有控制模块，其与各温感探头、液位感应器、水箱温度感应器、各电磁阀、循环泵、高温高压泵、自吸排空泵电连接。
本装置可取代传统的燃煤锅炉用于冬季采暖，节能环保。
申请人：符逸锋
地址：830011 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市新市区科学一街358号64栋1层103室
国籍：CN
代理机构：乌鲁木齐市禾工专利代理事务所
代理人：何玉祥
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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。
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4
『系统形式』
集热器 水源热泵机组
区域供热管网 跨季节蓄热水池
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换热末端
2.项目背景：
国外研究状况：
20世纪60年代，季节性蓄热的概念被美国第一次提出，70年代进行了大量的理论和实验研 究，80年代起北欧各国紧接着进行了一系列研究。系统早期主要用于大型的季节性蓄 热太阳能集中供热装置或区域供热装置中。
国内研究状况：
最早在1984年开始该方面的研究，马文麒和李申生对非对流型太阳池和池下土壤的跨季度 蓄热问题进行了理论分析和数值计算。从2000年开始，哈尔滨工业大学的教授及研究 生对严寒地区太阳能跨季节土壤蓄热供热供冷系统进行了一系列研究。此外，天津大 学、上海工业大学等也进行了一系列的研究。
2013年，太阳能季节性蓄热采暖及热水综合示范项目在河北经贸大学落成，该项目是中国 目前规模最大的太阳能跨季节蓄热采暖项目。项目总投资约4000万，采用69000支真空 管，总集热面积1.16万平方米，蓄热水箱的总蓄热容量达2万吨。
主要内容
1.系统概述 2.项目背景 3.创新点 4.具体方案及成果 5. 项目投入预算 6.项目计划及人员分配 7.系统成本与市场竞争力分析 8.经济效益和社会效益分析
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1
『太阳能具有周期波动性和不稳定
逐日太阳辐射强度（W/m2）
逐日建筑负荷（w/m2）
400
性』 太阳辐射强度
建筑负荷
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6
水箱（水池）蓄热 砾石-水
优点： 热容量高 系统简单 缺点： 水箱需要承压，造价高
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
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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。
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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
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技术路线：实地考察，理论研究，示范项目测试。 工艺可行性分析：目前国内的真空管型太阳能集热器产能巨大，大规
模量产的大型自动线也非常成熟。水源热泵是技术成熟的节能环保产 品。两种产品的系统应用技术已经比较完备，并不断有更稳定性能更 好的产品投入市场。跨季节蓄热水箱的拼装也有很多厂家可以生产制 作，但是跨季节蓄热水池的制作经验较少，还需要进一步调研。
15
2.项目背景：
研究内容总结： 系统数值模型建立和系统动态模拟； 蓄热体结构、形状和埋深对地下温度场的影响； 研究各组成部分间的关系及系统的能耗特性； 示范项目运行测试。
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3.创新点
用跨季节蓄热水箱（水池）存储太阳能实现太阳能的跨季节利用。 供暖季初期采用跨季节蓄热水箱（水池）里的高温热水直接供暖，中后期采
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不同储热技术的经济性比较
技术路线
水箱
混凝土 水池
蓄热水池
地下储水层 洞穴储热 地埋管储热
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
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不同储热技术的经济性比较
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不同储热技术的经济性比较
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多大面积 可以称为大 型系统？
用跨季节蓄热水箱（水池）里的水经热泵提温后供暖。 利用TRNSYS能耗模拟软件对系统的运行性能进行逐时模拟。 总结系统设计理念、设计方法及关键技术，尤其是跨季节蓄热水箱（水池）
的结构研究及设计，目的是提高蓄热、储热和取热的效率。
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4.具体方案及成果
技术原理：以跨季节蓄热水箱（水池）蓄热技术为基础，把春夏秋三 季的太阳辐射热能储存起来，以供冬季采暖使用。系统不仅能够解决 太阳能热水器三个季节闲置的问题，大大提高太阳能系统的全年利用 率。
➢供热能力大 于0.5MW ➢集热器大面 积大于700m2
— IEA-SHC Task45
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河北经贸大学太阳能采暖工程
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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
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4
系统模拟费用
李旭光、吴晓琼
李旭光
5
产品技术文件编制
编写项目总结报告及项
6
目验收文件
李旭光、吴晓琼 李旭光、吴晓琼
李旭光 李旭光
配合部门
项目评委总工办 研发部、测试部 研发部、测试部
研发部 研发部 总工办、研发部
完成日期
2016/1/23 2016/5/15 2016/7/15 2016/10/15 2016/11/25 2016/12/25
测试费 人工费 合计
金额（万元） 10 2 4 2 2 20
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6.项目计划及人员分配
序号 系统方案设计基本产品配备
设计人员
负责人
项目立项申请及技术评
1
审
李旭光、吴晓琼、
李旭光
2
系统调研、考察及测试 李旭光、吴晓琼、张强、 李旭光 李本华、周新龙
3
系统的总结与研究 李旭光、吴晓琼、张强、 李旭光 周新龙
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『储热是弥补太阳能供给与需求之间季节性不平衡的关键』
总热负荷
太阳辐照
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1.系统概述：
意义：
• 与季节性蓄热或地源热泵系统结合更有利于能源全年综合利用 • 提升太阳能保证率 • 系统维护成本及运行成本降低，提高系统经济性 • 由于没有集热器闷晒空晒等问题使集热器的使用寿命得到延长 • 节能减排，走可持续发展的能源道路
40
300
30
200
20
100
10
0
0
-100
-10
-200
-20
-300
-30
-400
-40
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
太阳能的特 点：
周期性波动 不稳定性
太阳能资源具有时间上非连续性和“夏盈冬亏”特性 集热是太阳能转化的核心，储热是太阳能利用的核心。
名称 集热器 蓄热水池 水源热泵 风机盘管 其他部分及施工
累计
数量 800 3200
2 300
1
单位 m2 m3 台 台 套
单价（元） 500 500
100000 800
800000 324
总价（万元） 40 160 20 24 80
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8.经济效益和社会效益分析
经济效益分析：
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7.系统成本与市场竞争力分析
成本分析：
以10000m2的供热面积为例，安装800m2的集热器，蓄热水池体积3200m3, 热负 荷按50W/m2，共500kW，配两台250kW的水源热泵，风盘估计为300台，水 泵及管路阀件及施工等估价80元/m2，则系统总造价为324万元。