国产精品视频一区二区三区无码,国产午夜精品无码,午夜天堂一区人妻,无遮挡色视频免费观看,中文字幕久热精品视频在线

摘要：太陽(yang)能(neng)跨季節(jie)儲熱(re)(re)技術(shu)是實(shi)現(xian)建筑節(jie)能(neng)效(xiao)益的關鍵手段(duan)，可(ke)解(jie)決太陽(yang)能(neng)在時間(jian)(jian)和(he)空間(jian)(jian)上供需不(bu)平衡(heng)的問題(ti)。綜述了太陽(yang)能(neng)跨季節(jie)儲熱(re)(re)技術(shu)的研究現(xian)狀與應用(yong)進展，重點探討了太陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)(re)器及3種主要儲熱(re)(re)技術(shu)的優勢、瓶頸與未來研究方向。

研究結果表明：太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)器在降低熱(re)(re)損失(shi)、優化(hua)結構和布置方面仍面臨挑戰(zhan)；儲熱(re)(re)技術則需解決占地面積(ji)、材料穩定性、可控性、成(cheng)本(ben)和結構復雜性等方面的問(wen)題。

引言：本文基于太陽能跨季節儲熱(re)研(yan)究現(xian)(xian)狀(zhuang)及(ji)國內外示范性項目(mu)，梳理(li)該技術的研(yan)究現(xian)(xian)狀(zhuang)、進展及(ji)瓶頸，并對該技術的未來發(fa)展方向進行展望，旨在為(wei)太陽能跨季節儲熱(re)技術的進一步(bu)應用提供理(li)論支撐。

1.太陽能跨季節儲熱技術

太(tai)陽能跨(kua)季節儲(chu)熱系統一般由太(tai)陽能集熱器、儲(chu)熱設備、控制系統、輔助熱源，以及用戶端組成，其結構示意(yi)圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)1所示。

1.1工作原理

太陽能(neng)跨季(ji)節儲(chu)熱(re)(re)系(xi)統的工(gong)作原理為：太陽能(neng)集熱(re)(re)器在(zai)夏季(ji)收集太陽輻射并轉化成熱(re)(re)能(neng)，然后通過儲(chu)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)將(jiang)(jiang)熱(re)(re)能(neng)輸送到儲(chu)熱(re)(re)設備(bei)中，并實現(xian)持續(xu)循(xun)環，儲(chu)熱(re)(re)過程可達3～4個(ge)月(yue)。冬(dong)季(ji)，當儲(chu)熱(re)(re)量不足以滿足用戶供暖需求時，控制系(xi)統將(jiang)(jiang)啟動輔(fu)助熱(re)(re)源進(jin)行熱(re)(re)量補充。

根(gen)據技(ji)術(shu)類型不同，太(tai)陽(yang)能跨季節儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)可分為：顯(xian)熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)、潛熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)、熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)。顯(xian)熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)的工作原理簡單，較為成(cheng)熟(shu)，是目前應用(yong)最為廣泛的太(tai)陽(yang)能跨季節儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)。相比之(zhi)下，潛熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)和熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)仍處于發展階段，尚未成(cheng)熟(shu)。

1.2太陽能集熱器

太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)作為集(ji)熱(re)(re)(re)系統(tong)的(de)核心(xin)部件，其集(ji)熱(re)(re)(re)效率(lv)直接(jie)影響太(tai)陽(yang)能跨季節儲熱(re)(re)(re)系統(tong)的(de)儲熱(re)(re)(re)效率(lv)。根(gen)據聚(ju)(ju)光(guang)形式(shi)，可將(jiang)太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)分(fen)為非聚(ju)(ju)光(guang)型(包括：平板太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)和真空管(guan)太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi))和聚(ju)(ju)光(guang)型(包括：塔式(shi)太(tai)陽(yang)能集(ji)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi))。

當太(tai)陽(yang)(yang)光直射(she)在非聚(ju)光型(xing)集熱(re)(re)器(qi)上時，集熱(re)(re)器(qi)吸收(shou)太(tai)陽(yang)(yang)輻射(she)能(neng)并轉化(hua)為熱(re)(re)能(neng)，然后利用工質部分存(cun)儲(chu)熱(re)(re)能(neng)；聚(ju)光型(xing)集熱(re)(re)器(qi)通過定日鏡場追(zhui)蹤太(tai)陽(yang)(yang)方(fang)位并將太(tai)陽(yang)(yang)光反射(she)至高(gao)塔集熱(re)(re)處(chu)。3種太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)集熱(re)(re)器(qi)的對比如表1所示。

2.顯熱儲熱技術

目前，國(guo)內外太(tai)(tai)陽(yang)能跨季節儲(chu)(chu)(chu)熱(re)技術的(de)應用形式(shi)(shi)以顯(xian)熱(re)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)技術為主(zhu)，例如(ru)(ru)：作(zuo)為全球(qiu)首個(ge)大規(gui)模高(gao)溫坑儲(chu)(chu)(chu)熱(re)項目的(de)瑞士Lyckebo項目、丹麥(mai)Marsta項目涵蓋世界上(shang)最大的(de)太(tai)(tai)陽(yang)能供熱(re)廠之(zhi)一(yi)、位于中國(guo)西藏地(di)區(qu)仲巴縣的(de)大型(xing)太(tai)(tai)陽(yang)能儲(chu)(chu)(chu)熱(re)供暖工(gong)程等(deng)。常(chang)見的(de)顯(xian)熱(re)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)方式(shi)(shi)包括：水儲(chu)(chu)(chu)熱(re)、礫石(shi)-水儲(chu)(chu)(chu)熱(re)、地(di)埋管儲(chu)(chu)(chu)熱(re)和(he)地(di)下含水層儲(chu)(chu)(chu)熱(re)，其結構示(shi)(shi)意圖(tu)如(ru)(ru)圖(tu)2所示(shi)(shi)，優缺點對(dui)比如(ru)(ru)表2所示(shi)(shi)，本文針對(dui)水儲(chu)(chu)(chu)熱(re)和(he)地(di)埋管儲(chu)(chu)(chu)熱(re)這兩種儲(chu)(chu)(chu)熱(re)方式(shi)(shi)進行分(fen)析。

由表2可(ke)知(zhi)：在選擇顯熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)方(fang)式時，除(chu)了(le)要考(kao)慮造價外，還要考(kao)慮當地(di)的(de)地(di)質和水文條件。建議選用合適的(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)方(fang)式或多種儲(chu)(chu)熱(re)(re)方(fang)式耦(ou)合的(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)系統(tong)，以實現最佳的(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)效果和經濟效益。

2.1水儲熱

水儲熱(re)(re)(re)具有運行費(fei)用低、安(an)全穩定、熱(re)(re)(re)效率高(gao)等優點(dian)，但也存在儲熱(re)(re)(re)體積大、占地(di)空間(jian)大等缺點(dian)。因此，在減少占地(di)面積的(de)前提(ti)下，提(ti)高(gao)儲熱(re)(re)(re)量、減少熱(re)(re)(re)損失是水儲熱(re)(re)(re)的(de)主要發展(zhan)方向。

水(shui)的儲(chu)熱密(mi)度高達60～80 kWh/m3，是良好的儲(chu)熱介質(zhi)，水(shui)儲(chu)熱方式(shi)下(xia)，儲(chu)水(shui)裝置(zhi)一般設置(zhi)在地下(xia)，其示(shi)(shi)意圖如(ru)圖3所示(shi)(shi)。

夏季時(shi)，儲熱(re)(re)(re)(re)水箱(xiang)底部(bu)的(de)低溫(wen)水經太陽能(neng)集熱(re)(re)(re)(re)器(qi)加熱(re)(re)(re)(re)后存儲在儲熱(re)(re)(re)(re)水箱(xiang)中；冬季時(shi)，若儲熱(re)(re)(re)(re)水箱(xiang)的(de)熱(re)(re)(re)(re)量不足以滿足需求，控制系統將啟動輔助(zhu)熱(re)(re)(re)(re)源供熱(re)(re)(re)(re)，一(yi)般為電(dian)加熱(re)(re)(re)(re)或燃(ran)氣加熱(re)(re)(re)(re)。

2.1.1儲熱能力研(yan)究

在水(shui)儲(chu)熱方式下，當水(shui)受熱密(mi)度變小時，由(you)于受熱浮力作用，儲(chu)熱水(shui)箱頂部(bu)的水(shui)體溫度高于底部(bu)，因此會(hui)在水(shui)體中間部(bu)位形成溫躍層(ceng)。

國外的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)集(ji)中于采用大型(xing)儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)區域(yu)供熱(re)(re)系(xi)統，Pilotelli等設計(ji)(ji)(ji)了(le)(le)(le)新型(xing)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)內部(bu)流場分布結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)，在這種(zhong)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)中，水(shui)(shui)通過外圍的(de)(de)(de)(de)環(huan)形支管小孔(kong)向內/外流動(dong)，減弱(ruo)了(le)(le)(le)垂(chui)直(zhi)流動(dong)，從(cong)而減少了(le)(le)(le)冷(leng)熱(re)(re)水(shui)(shui)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)混合(he)。經過實驗和計(ji)(ji)(ji)算流體(ti)動(dong)力學(CFD)模擬分析發現(xian)：儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)內形成的(de)(de)(de)(de)溫躍層(ceng)幾乎不隨時間變化，分層(ceng)效(xiao)率(lv)顯著(zhu)提高。國內的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)集(ji)中于儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)進(jin)口結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)和內部(bu)結(jie)(jie)(jie)構(gou)(gou)。黃(huang)華杰等設計(ji)(ji)(ji)了(le)(le)(le)1種(zhong)新型(xing)均流器，并(bing)利用ANSYS軟件建立數學模型(xing)，研究(jiu)結(jie)(jie)(jie)果(guo)表明(ming)：該均流器對(dui)儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)水(shui)(shui)水(shui)(shui)流具(ju)有抑(yi)流作用，能夠降(jiang)低進(jin)口流速，減弱(ruo)冷(leng)熱(re)(re)水(shui)(shui)混合(he)，提高分層(ceng)效(xiao)率(lv)。方桂(gui)花等針對(dui)基于蓄熱(re)(re)球的(de)(de)(de)(de)相變儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，設計(ji)(ji)(ji)了(le)(le)(le)均孔(kong)板(ban)和蓄熱(re)(re)球隔層(ceng)，研究(jiu)結(jie)(jie)(jie)果(guo)表明(ming)：在放(fang)熱(re)(re)工況下，儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)具(ju)有良好的(de)(de)(de)(de)分層(ceng)效(xiao)果(guo)，儲(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)熱(re)(re)能力得到顯著(zhu)提高。

由此可(ke)見，從提高分層(ceng)效率的角(jiao)度(du)出(chu)發，改變水儲熱(re)方式下(xia)儲熱(re)裝置中(zhong)的流(liu)場(chang)分布、改用新型均流(liu)器和增(zeng)加儲熱(re)隔層(ceng)均能提升儲熱(re)能力。

2.1.2熱損(sun)失研究

針(zhen)對(dui)水(shui)(shui)儲(chu)熱(re)方式下的熱(re)損失研究主要集中在儲(chu)熱(re)水(shui)(shui)箱中溫躍層分層結(jie)構和保溫材料。溫躍層能防(fang)止冷熱(re)水(shui)(shui)混合，因此，保持(chi)溫躍層分層域溫度梯度上下分層間的距離較小(xiao)，可減少冷熱(re)水(shui)(shui)混合，從而減少水(shui)(shui)體的熱(re)損失。

Li等通過實驗和仿真兩種方法，分(fen)(fen)析(xi)了(le)不同控制策(ce)略(lve)對非供暖季(ji)水(shui)(shui)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)系統性能的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)結(jie)果(guo)表(biao)(biao)(biao)明(ming)：在儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)季(ji)末尾，儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)池(chi)(chi)進(jin)(jin)出水(shui)(shui)口位置(zhi)和形(xing)狀等因(yin)素會影(ying)響(xiang)(xiang)溫(wen)度(du)(du)(du)分(fen)(fen)層，進(jin)(jin)而(er)降低儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)效(xiao)率。Kur?un研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)了(le)圓(yuan)柱形(xing)和矩(ju)形(xing)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)分(fen)(fen)層情況(kuang)，發現儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱內部(bu)幾何結(jie)構為倒(dao)置(zhi)圓(yuan)臺和倒(dao)置(zhi)金字塔形(xing)會增加水(shui)(shui)箱內的(de)溫(wen)度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)分(fen)(fen)層。王燁等對有隔板的(de)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)箱中隔板開孔大(da)小和位置(zhi)進(jin)(jin)行了(le)對比(bi)分(fen)(fen)析(xi)，分(fen)(fen)析(xi)結(jie)果(guo)表(biao)(biao)(biao)明(ming)：相(xiang)同工(gong)況(kuang)下(xia)，當僅(jin)在隔板上開1個孔時，位于隔板中心的(de)分(fen)(fen)層效(xiao)果(guo)最佳(jia)；而(er)當開多個孔時，開孔位置(zhi)不再是(shi)影(ying)響(xiang)(xiang)分(fen)(fen)層的(de)主(zhu)要因(yin)素，但(dan)對儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)量仍有較大(da)影(ying)響(xiang)(xiang)。為進(jin)(jin)一步探究(jiu)(jiu)影(ying)響(xiang)(xiang)熱(re)(re)損(sun)失(shi)(shi)(shi)的(de)因(yin)素，Bai等以(yi)中國某容(rong)積(ji)為3000m3的(de)地(di)下(xia)儲(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)池(chi)(chi)為研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)對象，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)(jiu)結(jie)果(guo)表(biao)(biao)(biao)明(ming)：儲(chu)(chu)(chu)水(shui)(shui)池(chi)(chi)的(de)側(ce)壁、頂部(bu)、底部(bu)損(sun)失(shi)(shi)(shi)熱(re)(re)量占比(bi)分(fen)(fen)別為57%、30%、13%。儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)水(shui)(shui)體(ti)溫(wen)度(du)(du)(du)分(fen)(fen)層是(shi)影(ying)響(xiang)(xiang)熱(re)(re)損(sun)失(shi)(shi)(shi)的(de)內部(bu)因(yin)素，而(er)水(shui)(shui)體(ti)保(bao)溫(wen)材(cai)料則是(shi)影(ying)響(xiang)(xiang)熱(re)(re)損(sun)失(shi)(shi)(shi)的(de)外(wai)部(bu)因(yin)素。因(yin)此，使(shi)用新型保(bao)溫(wen)材(cai)料和施工(gong)方案來減(jian)少熱(re)(re)損(sun)失(shi)(shi)(shi)，對推動水(shui)(shui)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)技術和太陽能跨季(ji)節儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)技術的(de)市場化(hua)具有重要作用。國內外(wai)的(de)水(shui)(shui)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)工(gong)程案例如表(biao)(biao)(biao)3所示(shi)。

2.2地埋管儲熱

地埋管儲熱方式是將(jiang)換熱管水(shui)平或垂直(zhi)埋于土壤中(zhong)進行儲熱，垂直(zhi)換熱管一般采(cai)用(yong)(yong)單U型(xing)或雙U型(xing)換熱器(qi)，換熱管間距在(zai)2.5～5.0m之間，如圖4所示。在(zai)夏(xia)季(ji)時，利(li)用(yong)(yong)水(shui)、石(shi)墨烯、石(shi)蠟、納米顆(ke)粒等介質將(jiang)太陽(yang)能集(ji)熱器(qi)收集(ji)的熱量輸送至(zhi)地下，進行存儲；在(zai)冬季(ji)時，從(cong)地下取出熱量，以(yi)地熱方式供(gong)暖。

2.2.1儲熱性能研究

目(mu)前，地(di)埋(mai)管儲熱(re)方(fang)式的(de)重要研究課題是減(jian)少占地(di)面積(ji)(ji)的(de)同(tong)時提高儲熱(re)能(neng)力，而(er)國內外學者通常是以數值模(mo)擬(ni)的(de)方(fang)法(fa)來進行分析，研究方(fang)向集中于單位(wei)面積(ji)(ji)內地(di)埋(mai)管的(de)儲熱(re)性能(neng)。

Rad等基(ji)于(yu)已有工(gong)程(cheng)，運用TRNSYS軟件(jian)設計(ji)了(le)1種與直接激光太(tai)陽能充電(dian)技(ji)術(DLSC)類似地埋管的(de)供熱系(xi)(xi)統，并與DLSC進行(xing)比較發現(xian)：該供熱系(xi)(xi)統的(de)鉆孔面(mian)積(ji)比DLSC系(xi)(xi)統的(de)減(jian)少了(le)38%，太(tai)陽能集熱器的(de)集熱面(mian)積(ji)減(jian)少了(le)25%，初投資降低(di)了(le)19%。

國(guo)內對于(yu)地(di)埋管儲熱(re)方式下的(de)供熱(re)研究(jiu)多與熱(re)泵相結合。鄒行(xing)等(deng)利用數值模(mo)擬，分(fen)(fen)析(xi)了地(di)埋管、土壤(rang)熱(re)平衡和熱(re)泵機組之間的(de)影響規律(lv)，研究(jiu)結果表明(ming)：制熱(re)工況(kuang)下，當土壤(rang)水飽和度從12%提(ti)升至100%時，地(di)埋管換(huan)熱(re)量(liang)(liang)增(zeng)加(jia)了24%，單位面積換(huan)熱(re)量(liang)(liang)提(ti)高(gao)(gao)了39%。劉艷峰等(deng)利用TRNSYS仿真程序建立(li)子(zi)分(fen)(fen)區串(chuan)并聯(lian)(lian)(lian)式太陽能輔助地(di)源熱(re)泵系統(SAGSHP)的(de)物理(li)模(mo)型，并對其進行(xing)了性(xing)能分(fen)(fen)析(xi)，研究(jiu)結果表明(ming)：當串(chuan)聯(lian)(lian)(lian)區與并聯(lian)(lian)(lian)區面積比為(wei)1:4、儲熱(re)量(liang)(liang)為(wei)3:2時，SAGSHP達到最佳供熱(re)性(xing)能，與傳統串(chuan)聯(lian)(lian)(lian)系統相比，性(xing)能提(ti)高(gao)(gao)了18.1%。

2.2.2儲熱效率研(yan)究

在技術方面(mian)，現階段(duan)的(de)研究集中在采用新型(xing)的(de)組合形式來提高地埋管的(de)儲熱(re)效率。

Catolico等基于(yu)DLSC地(di)埋管群建(jian)立(li)了3D數(shu)值模型，并與(yu)根據(ju)DLSC實(shi)驗數(shu)據(ju)建(jian)立(li)的(de)(de)(de)模型進(jin)行比(bi)較，結果表明：地(di)埋管儲(chu)熱(re)系(xi)(xi)統熱(re)提取率(lv)隨(sui)著土(tu)(tu)(tu)壤導熱(re)系(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)(de)降低而增大。郭占全等對粘土(tu)(tu)(tu)、沙土(tu)(tu)(tu)、褐土(tu)(tu)(tu)和花崗巖4種土(tu)(tu)(tu)壤的(de)(de)(de)儲(chu)熱(re)效果進(jin)行了對比(bi)(如圖5所(suo)示)，發(fa)現(xian)(xian)褐土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)儲(chu)熱(re)能力(li)最強。李偉等對粘土(tu)(tu)(tu)、沙土(tu)(tu)(tu)、砂(sha)巖的(de)(de)(de)儲(chu)熱(re)能力(li)進(jin)行對比(bi)，發(fa)現(xian)(xian)粘土(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)比(bi)熱(re)容最高，是長期儲(chu)熱(re)的(de)(de)(de)最佳介質。

為了進一步研究影響地(di)(di)埋管(guan)(guan)儲(chu)(chu)熱(re)效率的因素，Zhang等對用于溫室供(gong)暖的地(di)(di)埋管(guan)(guan)儲(chu)(chu)熱(re)系(xi)統進行了研究，研究結(jie)果表明(ming)：在合理的地(di)(di)質條件(jian)范圍(wei)內，拋(pao)開經(jing)濟因素，地(di)(di)埋管(guan)(guan)埋藏深(shen)度(du)越(yue)深(shen)，儲(chu)(chu)熱(re)效率越(yue)高。胡嬋月對垂直地(di)(di)埋管(guan)(guan)間距(ju)為3、4、5、6 m情況下的土(tu)壤儲(chu)(chu)熱(re)量(liang)進行了對比(bi)，結(jie)果表明(ming)：隨(sui)著(zhu)地(di)(di)埋管(guan)(guan)間距(ju)的增加，土(tu)壤儲(chu)(chu)熱(re)量(liang)逐漸增加，但儲(chu)(chu)熱(re)量(liang)增長率逐漸降低(di)，同時(shi)也導致占地(di)(di)面積增加。因此，為提高儲(chu)(chu)熱(re)效率，在選擇埋管(guan)(guan)深(shen)度(du)與間距(ju)時(shi)，應(ying)考慮經(jing)濟性、占地(di)(di)面積等因素。

國內(nei)外通過對土(tu)壤物(wu)性(xing)參數(shu)、埋(mai)管深度與間距等方面(mian)的(de)研究，證明影(ying)響(xiang)儲熱(re)系(xi)統儲熱(re)效(xiao)率的(de)因素(su)(su)是多方面(mian)的(de)，僅(jin)通過改變(bian)單(dan)一(yi)因素(su)(su)來降低(di)(di)(di)熱(re)損失的(de)做(zuo)法性(xing)價比過低(di)(di)(di)。市場化背景下，應在考慮經濟性(xing)前(qian)提下，綜合改變(bian)以上影(ying)響(xiang)因素(su)(su)來降低(di)(di)(di)熱(re)損失，從而提高儲熱(re)效(xiao)率。

國(guo)內(nei)外(wai)地埋管儲熱(re)工程案(an)例如表4所示(shi)。

3.潛熱儲熱技術

潛(qian)熱(re)(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)(re)技術是(shi)利用相(xiang)變(bian)材(cai)料發生相(xiang)變(bian)時吸收或釋放熱(re)(re)(re)(re)量來實現(xian)儲熱(re)(re)(re)(re)。在夏季，儲熱(re)(re)(re)(re)系統吸收太陽能并轉化為熱(re)(re)(re)(re)能，輸(shu)送到(dao)儲熱(re)(re)(re)(re)設備中，由相(xiang)變(bian)材(cai)料發生相(xiang)變(bian)進行熱(re)(re)(re)(re)能儲存(cun)(cun)；當(dang)需要(yao)供熱(re)(re)(re)(re)時，釋放存(cun)(cun)儲的(de)熱(re)(re)(re)(re)量提供熱(re)(re)(re)(re)能，如圖6所示。

潛熱(re)儲熱(re)技術(shu)具有(you)熱(re)密度大、溫度波動(dong)(dong)(dong)小、穩(wen)定(ding)性好等(deng)優點，其(qi)儲熱(re)設備體積小、結(jie)構(gou)緊湊，其(qi)系統設計可分為主動(dong)(dong)(dong)式(shi)(shi)和被(bei)動(dong)(dong)(dong)式(shi)(shi)兩類(lei)，主動(dong)(dong)(dong)式(shi)(shi)潛熱(re)儲熱(re)系統依賴外部動(dong)(dong)(dong)力驅動(dong)(dong)(dong)傳熱(re)流(liu)體與(yu)多種相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)(PCM)交(jiao)換(huan)(huan)熱(re)量，被(bei)動(dong)(dong)(dong)式(shi)(shi)潛熱(re)儲熱(re)系統依賴導熱(re)、自然對流(liu)或輻射交(jiao)換(huan)(huan)熱(re)量。相(xiang)(xiang)(xiang)變材料(liao)常(chang)見的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)態主要(yao)有(you)固(gu)-液(ye)、固(gu)-固(gu)和液(ye)-氣。固(gu)-液(ye)通過熔化、凝固(gu)進行儲、放熱(re)；固(gu)-固(gu)通過晶體結(jie)構(gou)轉變(有(you)序-無序)進行儲、放熱(re)；液(ye)-氣通過氣液(ye)轉換(huan)(huan)時吸收、釋放熱(re)量進行儲、放熱(re)。潛熱(re)儲熱(re)技術(shu)被(bei)廣(guang)泛(fan)運(yun)用于建筑節(jie)能(neng)中，常(chang)與(yu)建筑材料(liao)混合或獨(du)立(li)使用。

對于大規(gui)模潛(qian)熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)，采用主動式潛(qian)熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)系統更為合適，被(bei)動式儲(chu)(chu)熱(re)(re)系統不適用，因此，在太陽能跨季節(jie)儲(chu)(chu)熱(re)(re)項目中應用并不常見。國內外潛(qian)熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)工程案例如(ru)表5所示。

在國外研究中，文獻(xian)(xian)采用石蠟為(wei)相變材(cai)(cai)料，潛(qian)熱(re)儲熱(re)系(xi)(xi)統(tong)總儲熱(re)效(xiao)率可達40.4%；文獻(xian)(xian)在土耳其的Trabzon地區建立了以材(cai)(cai)料重(zhong)量為(wei)1090 kg的CaCl??6H?O作為(wei)相變材(cai)(cai)料的太陽(yang)能熱(re)泵(beng)系(xi)(xi)統(tong)，該系(xi)(xi)統(tong)可為(wei)占地面(mian)積75m2的實(shi)驗室供(gong)暖；法國PEGASE研究計劃采用CaCl??6H?O為(wei)相變材(cai)(cai)料，可提供(gong)冬季(ji)所需熱(re)量的75%。

國內也(ye)有(you)相(xiang)(xiang)關研究，文(wen)獻(xian)采(cai)用(yong)低(di)溫(wen)Na?S2O??5H?O和高溫(wen)NaCH?COO?3H?O作為(wei)(wei)相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)(liao)(liao)，研究結(jie)果表(biao)明：5個相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)(liao)(liao)為(wei)(wei)1個模塊時，房間溫(wen)度(du)波動(dong)相(xiang)(xiang)對較小。在供暖(nuan)階(jie)段相(xiang)(xiang)同工(gong)況(kuang)下(xia)高溫(wen)、高低(di)溫(wen)、低(di)溫(wen)模塊所需(xu)模塊數(shu)分(fen)別為(wei)(wei)87、35(低(di)溫(wen))+50(高溫(wen))、82塊。文(wen)獻(xian)[40]采(cai)用(yong)材料(liao)(liao)(liao)容積為(wei)(wei)63.3m3的(de)(de)(de)Na?SO??10H?O作為(wei)(wei)儲(chu)(chu)熱(re)(re)材料(liao)(liao)(liao)，并與土(tu)(tu)壤(rang)(rang)儲(chu)(chu)熱(re)(re)和水儲(chu)(chu)熱(re)(re)進行對比(bi)，結(jie)果表(biao)明：相(xiang)(xiang)同工(gong)況(kuang)下(xia)，相(xiang)(xiang)變(bian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術(shu)的(de)(de)(de)費用(yong)為(wei)(wei)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術(shu)的(de)(de)(de)4.2倍，水儲(chu)(chu)熱(re)(re)為(wei)(wei)土(tu)(tu)壤(rang)(rang)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術(shu)的(de)(de)(de)7.2倍，雖然土(tu)(tu)壤(rang)(rang)儲(chu)(chu)熱(re)(re)經濟性強，但綜合(he)考慮下(xia)，相(xiang)(xiang)變(bian)材料(liao)(liao)(liao)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術(shu)是(shi)最具潛力的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)方(fang)式(shi)。然而，相(xiang)(xiang)變(bian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術(shu)也(ye)存在可控性低(di)、能源應用(yong)率低(di)、系統控制復(fu)雜、材料(liao)(liao)(liao)不穩定等缺點，這使其只適用(yong)于短期儲(chu)(chu)熱(re)(re)。

4.熱化學儲熱技術

熱(re)化(hua)學(xue)(xue)儲熱(re)技(ji)術是利(li)用(yong)化(hua)學(xue)(xue)材料的熱(re)效應(ying)進(jin)行熱(re)量(liang)存(cun)儲，吸熱(re)反應(ying)器從(cong)太陽(yang)光中吸收(shou)熱(re)量(liang)，經熱(re)交(jiao)換器輸送到熱(re)化(hua)學(xue)(xue)反應(ying)床，存(cun)儲熱(re)能；當需要熱(re)量(liang)時(shi)，通過(guo)觸發(fa)化(hua)學(xue)(xue)反應(ying)釋能，由(you)放熱(re)反應(ying)器提供給蒸汽循環系統，實(shi)現熱(re)能利(li)用(yong)，其工作原理示(shi)意圖如圖7所示(shi)。

通常，熱(re)(re)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技(ji)術的(de)(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)形(xing)式(shi)主要有化(hua)學(xue)鍵、化(hua)學(xue)吸(xi)附、氧化(hua)還原反(fan)應、可逆化(hua)學(xue)反(fan)應等。熱(re)(re)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技(ji)術的(de)(de)儲(chu)(chu)能密度(du)是顯(xian)熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技(ji)術的(de)(de)8～10倍，且與(yu)顯(xian)熱(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技(ji)術相比，還具有儲(chu)(chu)熱(re)(re)、釋熱(re)(re)速度(du)快、溫(wen)度(du)波動小、設備壽命長(chang)等特點。由于熱(re)(re)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技(ji)術在(zai)接(jie)近環境溫(wen)度(du)時可實現無熱(re)(re)損，且化(hua)學(xue)吸(xi)附和反(fan)應溫(wen)區與(yu)太陽能熱(re)(re)利用溫(wen)區相吻合，使其具有很大的(de)(de)跨季節(jie)儲(chu)(chu)熱(re)(re)潛能。國內外(wai)熱(re)(re)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)工(gong)程案例如表(biao)6所示。Weber等在(zai)瑞(rui)士建立了以NaOH/H?O為儲(chu)(chu)熱(re)(re)材料(liao)的(de)(de)熱(re)(re)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)系統研(yan)究實驗，結果表(biao)

通常(chang)，熱(re)(re)(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術的儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)形(xing)式主要有化(hua)學(xue)(xue)鍵、化(hua)學(xue)(xue)吸(xi)附、氧化(hua)還(huan)原反(fan)(fan)應、可逆化(hua)學(xue)(xue)反(fan)(fan)應等(deng)(deng)。熱(re)(re)(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術的儲(chu)(chu)(chu)(chu)能密度(du)(du)是顯(xian)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術的8～10倍，且(qie)與顯(xian)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術相(xiang)比(bi)，還(huan)具(ju)有儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)、釋(shi)熱(re)(re)(re)(re)(re)速度(du)(du)快、溫度(du)(du)波動小、設備壽命長等(deng)(deng)特點。由于(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術在接近(jin)環境(jing)溫度(du)(du)時可實現無熱(re)(re)(re)(re)(re)損，且(qie)化(hua)學(xue)(xue)吸(xi)附和(he)反(fan)(fan)應溫區(qu)與太(tai)陽能熱(re)(re)(re)(re)(re)利用溫區(qu)相(xiang)吻合，使其具(ju)有很大的跨季節儲(chu)(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)潛(qian)能。

國內外熱化學儲熱工程案例如表6所示。

Weber等在瑞士建立了以(yi)(yi)NaOH/H?O為儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)材(cai)(cai)料的(de)(de)熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)研(yan)究(jiu)實(shi)驗，結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明(ming)：與水(shui)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)相比(bi)，該系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)熱(re)(re)(re)容積(ji)比(bi)等容積(ji)水(shui)低溫加(jia)熱(re)(re)(re)時增(zeng)加(jia)6倍，生活熱(re)(re)(re)水(shui)供(gong)應量增(zeng)加(jia)了3倍。Stitou等以(yi)(yi)BaCl?/NH?為儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)材(cai)(cai)料，采用(yong)20m2的(de)(de)平板太(tai)陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)(re)(re)器為熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)供(gong)能(neng)，結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明(ming)：該系(xi)統(tong)(tong)可(ke)使太(tai)陽(yang)能(neng)的(de)(de)能(neng)效比(bi)(COP)提升(sheng)15%～23%。Kerskes等[43]以(yi)(yi)沸(fei)石4A/H?O為實(shi)驗材(cai)(cai)料，結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明(ming)：在組合式(shi)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)中，采用(yong)吸附式(shi)熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)可(ke)使儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)體積(ji)或太(tai)陽(yang)能(neng)集(ji)熱(re)(re)(re)器面積(ji)顯(xian)著(zhu)減(jian)少。與國外相比(bi)，中國熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)的(de)(de)研(yan)究(jiu)起步較(jiao)晚(wan)。尋祎(yi)夢基于太(tai)陽(yang)能(neng)驅動熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)反(fan)(fan)應原(yuan)理，以(yi)(yi)CaCO?/CaO為相變材(cai)(cai)料進(jin)行仿真(zhen)模(mo)擬，結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明(ming)：溫度在1200～1600 K時，溫度越高相變材(cai)(cai)料的(de)(de)反(fan)(fan)應速(su)率(lv)越快，最高可(ke)達30%。靳菲等對Zr摻(chan)CaMnO?鈣(gai)鈦礦固溶(rong)液的(de)(de)比(bi)例(li)進(jin)行研(yan)究(jiu)，結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明(ming)：有效的(de)(de)摻(chan)雜Zr可(ke)提高熱(re)(re)(re)化(hua)學(xue)(xue)材(cai)(cai)料ABO?中B-O化(hua)學(xue)(xue)鍵的(de)(de)穩定(ding)性，有效提升(sheng)化(hua)學(xue)(xue)穩定(ding)性和儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)密(mi)度。

雖然，國內外專家(jia)學者已(yi)在研究(jiu)(jiu)中驗(yan)證了熱(re)化學儲熱(re)技(ji)術(shu)在跨季節儲熱(re)的可行性，但由于其存在成(cheng)本(ben)高、結(jie)(jie)構復雜和材料不穩定等(deng)因(yin)素，目前鮮有項目使(shi)用。因(yin)此，未來研究(jiu)(jiu)重點方向(xiang)包括：降低(di)成(cheng)本(ben)、簡化結(jie)(jie)構、篩選穩定材料等(deng)。

5.展望

未來太陽能跨季節儲熱技術的研究應(ying)集中于降(jiang)低熱損(sun)、優化(hua)系(xi)統結構、提高儲熱性能和降(jiang)低成本方面。

在儲(chu)熱商(shang)業(ye)化(hua)(hua)方面，借(jie)助成熟的施(shi)工技(ji)術(shu)和(he)材料降低成本是推動(dong)太陽能跨季(ji)節儲(chu)熱技(ji)術(shu)向商(shang)業(ye)規模化(hua)(hua)發展(zhan)的關(guan)鍵。校、企、科(ke)研(yan)(yan)院所的合作對(dui)(dui)于技(ji)術(shu)和(he)產(chan)(chan)業(ye)鏈(lian)的發展(zhan)至關(guan)重要，應以末端應用(yong)為主促進產(chan)(chan)、學、科(ke)研(yan)(yan)長足發展(zhan)。政府應主動(dong)推動(dong)示范性項(xiang)目建(jian)設(she)，對(dui)(dui)示范項(xiang)目給予一定優惠(hui)政策(ce)，鼓勵配套產(chan)(chan)業(ye)鏈(lian)，促進成本降低，鼓勵關(guan)鍵設(she)備研(yan)(yan)發。

6.結論

本(ben)文(wen)綜述了太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)跨季節儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)的(de)研(yan)究現(xian)狀(zhuang)(zhuang)與應用進展，重點分析(xi)了太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)集熱(re)器(qi)和3種儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)的(de)現(xian)狀(zhuang)(zhuang)、優勢、瓶頸及(ji)未(wei)來研(yan)究方(fang)向。研(yan)究結果表明：太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)集熱(re)器(qi)的(de)瓶頸在(zai)于(yu)降(jiang)低(di)熱(re)損失、優化組合結構(gou)和定日鏡場布置。儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)則面臨占地面積大、材料穩定性、可控性、成本(ben)和結構(gou)復(fu)雜性等方(fang)面的(de)問(wen)題。

作者：張(zhang)超(chao)1*、王明明1、王龍(long)基1、劉寅1、周東東1、董歲具(ju)2

(1.中原工學院能源與(yu)環境學院，鄭(zheng)州(zhou)(zhou)450007；2.鄭(zheng)州(zhou)(zhou)熱(re)力集團有限(xian)公司，鄭(zheng)州(zhou)(zhou)450052)