基于大规模太阳能跨季节蓄热技术的供暖系统

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『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。
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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
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。
➢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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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？
• 则系统造价为324万元，毛利可达324×20%=64.8万元，以一年推行5 套计算，则每年可收益324万元，具有较显著的经济效益。
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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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
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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『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
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。
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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
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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Hale Waihona Puke Baidu
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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。
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
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
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。
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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
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。