太阳能跨季节蓄热供暖技术与国内外研究现况
 2020年02月05日 |阅读次数:50

太阳能跨季节蓄热供暖技术与国内外研究现况


太阳辐射量度存有季节性不匀,即夏天产能过剩,冬天不够的难题,因冬天辐射源弱,用太阳能立即供暖保证率很低。以便摆脱这一分歧,具备“夏蓄冬用”特性的太阳能跨季节蓄热供暖技术造成大家普遍关心,该系统软件可将春、夏、秋三个季节的太阳能发热量存储于地底的蓄水池或土壤中,以供冬天供暖的用处,保持节能型无煤焦化清理供暖。


当今,太阳能跨季节蓄热供暖技术在中国还处在发展趋势环节。本文拟从详细介绍太阳能跨季节蓄热供暖技术的归类、原理及特性来看,回望太阳能跨季节忽然蓄热技术的科学研究现况,进一步解析该技术性当今关键存在的不足,并明确提出将会的处理构思,讨论发展前途,以供有关制造行业的专业技术或领(ling)导者参照。


太阳能跨季节蓄热归类、基本原理及特性


普遍查看参考文献所知,目前的储热方法整体上能够分成显热蓄热、改变蓄热和有机化学蓄热。在其中,适用太阳能蓄热的蓄热方法关键有下列5种:储水箱蓄热、地表水池蓄热、土壤蓄热、河卵石-水蓄热及改变蓄热。如表1图示,根据《太阳能供暖采暖工程技术标准(GB50495-2009)》,针对太阳能跨季节蓄热,地表水池和土壤蓄热最(zui)具可行性分析和营销推广使用价值。因此,文中只对这二种跨季节蓄热方法做详解。

太阳能跨季节蓄热归类、基本原理及特性

1、太阳能跨季节蓄水池蓄热


图1得出了“太阳能跨季节蓄水池蓄热供暖系统软件”的基本概念图,该系统软件由太阳能集热分系统、跨季节蓄水池蓄热分系统和供暖分系统等3一部分构成。该系统软件在夏、春、秋等非供暖季节,根据冷却循环水控制回路把贮水池表面的离心水泵送往太阳能集热器加温后,以显热的方法储存至蓄热池最(zui)底层;在供暖季节,则根据此外一套水循环系统,将贮水池底端的温度较高的开水送往工程建筑尾端保持跨季节供暖。在技术性层面,蓄水池中温度有显著层次状况,进排水口的空间规划对温度层次有关键危害;蓄水池周边及顶端的隔热保温和止漏需要的总体设计和原材料开发设计,是蓄水池式蓄热的关键技术。在可行性分析层面,贮水池改动的初项目投资较高,另外,还必须占有大规模的土壤资源,合适于人烟稀(xi)少的地域用以地区集中化供暖。现阶段,该蓄水池式蓄热供暖在欧州荷兰、法国等國家获得了很好的运用。

太阳能跨季节蓄水池蓄热

2、太阳能跨季节土壤蓄热


图2得出了“太阳能跨季节土壤蓄热供暖系统软件”的基本概念图,相近的,该系统软件由太阳能集热分系统、跨季节土壤蓄热分系统和热泵机组供暖分系统3一部分构成。土壤蓄热一般 以120m左右的浅部土壤做为蓄热体,根据钻井铺设埋地管换散热器,在管中走冷却循环水由壁厚传热对土壤开展加温或制冷,以此来实现蓄热和取热。与蓄水池式蓄热对比,土壤蓄热温度相对性要低,因此在供暖时必须热泵机组提升供电温度以超过尾端供暖必须;土壤蓄热能够依据尾端耗热量更改钻井的数量和深层,因此不大不小,既可用以地区集中化供暖,也可用以分布式系统供暖。

太阳能跨季节土壤蓄热

除此之外,因为土壤温度稳定约15~20℃,在夏热冬冷地域,可以兼具夏季房间内致冷要求。土壤蓄热具备蓄热原材料划算、蓄热潜力大、热损害较小、无空气污染等优势。当今,在技术性层面,地底土壤温度的长期性精确预测分析和热力循环操纵是必须进一步科学研究的关键內容;在工程项目层面,需大幅度减少钻井安裝埋地管系统软件需要的成本费。


太阳能跨季节蓄热供暖技术性科学研究现况


以太阳能跨季节蓄热为意味着的清理供暖技术性的发展趋势,与國家或地域的经济发展比较发达水平、衣食住行水准、自然地理标准,及其不一样阶段大家对生态环境保护的高度重视程等要素有关。大体上看,不管采用哪样方法开展蓄热,优化软件运作主要参数和运作方式、减少储热系统软件热损害、提升蓄热高效率、减少蓄热供暖成本费等层面是学术研究们关心的重中之重。


1、海外科学研究现况


在全世界范畴看来,北美地区和北欧风资本主义国家比较早进行了太阳能跨季节蓄热供暖有关科学研究,并进行了工程项目实践活动。早就在20新世纪60时代,美国伊利诺伊大学的Penrod就初次明确提出了将太阳能集热器与埋地管热交换器组成的技术性构想。到20新世纪70时代上半期欧州也刚开始了对太阳能跨季节蓄热系统软件的科学研究,并用以供暖系统软件获得了一定的成效。1979年起太阳能跨季节蓄热已变成国际性相互科学研究的课题研究,并在国际能源机构(IEA)的全力支持下跨季节蓄热的科学研究获得了很大的进度。近些年,殴美等國家创建了很多太阳能跨季节蓄热供暖系统软件的试验服务平台和精品工程,其供暖量占总热需要量的占比已超过40%左右,最(zui)具象征性的國家是北欧风的荷兰和北美地区的澳大利亚。


荷兰是全世界最(zui)开始应用太阳能蓄热保持地区供暖的國家,关键选用蓄水池蓄热,其设计方案修建的蓄热系统软件产品成本也超过较低的水准,耗费3~4kWh电磁能就可以造成1MWh的发热量。历经很多年的发展趋势,荷兰地域大部分供暖系统早已保持高宽比智能化系统,系统软件运作基础保持无人化,中后期维护保养低成本,维护保养劳动量小。


澳大利亚DrakeLanding小区选用了土壤蓄热方法,现有44口储热井,穿管深层37m,选用防潮膜、沙子及粘土构成隔热板,夏末土壤最(zui)大温度达到80℃,系统软件整体环保节能成效显著。德国的Anneberg建了50个住房模块的太阳能跨季节蓄热供暖系统软件,配置2400m²太阳能集热器,100口储热井,罐内铺设双U型埋地管热交换器,穿管深层65m,该系统软件运作2年,超过了预期目标。


2、中国科学研究现况


在中国,太阳能跨季节蓄热供暖关键选用与水源热泵紧密结合的方法,进而在提升供热效的另外,可兼具提升土壤资源使用率。在试验科学研究层面,北京工业大学、南开大学、河北工业大学、清华、哈工大、吉林大学、同济大学等高等院校,依次创建了有关的试验服务平台或精品工程开展科学研究。


北京工业大学马重芳研究组对于供暖总面积为50m²的实验室规划完工了中小型太阳能跨季节蓄热热泵机组供暖系统软件,并开展了历时6月的试验检测,试验说明这一太阳能供暖技术规范具备可行性分析。


南开大学在天津市梅江住宅小区构建了跨季节土壤蓄热试验系统软件,为某一工程建筑的房间内泳游池出示动能,地底蓄热系统软件包含8口储热井,井间隔5m,井深100m,内埋双U型埋地管热交换器,向地底蓄热的温度设计方案为50℃,试验说明在天津地区执行跨季节蓄热供暖具备具体可行性分析。


清华在黑龙江省赤峰市起动了大中型跨季节蓄热式太阳能—工业生产设备温度集中化供暖系统软件试点城市,包括469处80m深的打孔,打孔中装上单U型埋地管热交换器,该系统软件不用化石能源做为輔助加温源,地底蓄热体容积达到50万m³,热储存高效率为90%。


为进一步优化设计方案和精准预测分析很多年运作特性,学术研究在基础理论实体模型和数值模拟层面也进行了很多工作中。华北电力大学孙东亮等运用相似度基本原理物理学性变小储水箱蓄热实体模型,考虑到储水箱内液體流动性和温度层次并根据数值模拟科学研究了在花岗石型和碎石子型二种不一样土壤中储水箱埋进深层系统对太阳能保证率的危害,算出了在花岗石型土壤中,太阳能保证率随埋进深层的提升而提升。


在碎石子型土壤中埋深对太阳能保证率危害并不大。河北工业大学明确提出了埋地管热交换器的三维径向缩小热传导实体模型,该实体模型将埋地管径向开展缩小,而轴向不做一切更改,进而处理了埋地管径向轴向限度比过大导致的网格图宽高比过高这一难题,减少了数值模拟偏差。接着,河北工业大学又明确提出了三维径向缩小层次热传导实体模型,该实体模型更为接近土壤具备水准层次这一具体特性,科学研究发觉三维径向层次缩小热传导实体模型相比别的热传导实体模型即时追踪性强,与温度试验值对比,相对误差小。


近些年,在国际化战略的引导下,引入、融合海外优秀技术性也变成技术性发展趋势关键关键技术之一。2016年,日出东方与荷兰Arcon-Sunmark(阿康-桑马可)企业创立合资企业,相互着眼于太阳能跨季节蓄热集中供暖技术性在我国大城市的运用及营销推广。

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