太阳能跨季节储热及长距离送热技术

跨季节蓄热太阳能集中供热技术WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-1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。

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。

太阳能跨季节蓄热供暖技术的研究与应用李明云1，XXX1，XXX1（1北京四季沐歌太阳能技术集团有限公司，北京，102600）摘要分析了国内现阶段的冬季供暖状况，利用太阳能跨季节蓄热太阳能集中供热系统解决了夏热冬用的技术难题，它能够有效的减少CO2 的排放进而减弱全球的变暖趋势，通过四季沐歌实际工程可以看出，跨季节蓄热太阳能集中供热系统能够提供50%或者更高的太阳能保证率。

文章介绍了季节性蓄热中的水蓄热、砾石-水蓄热、埋管蓄热以及含水层蓄热的四种显热蓄热方式，分析了各个蓄热方式的特点及各自的应用场合。

针对前期对蓄热系统进行的调研，分析并探讨了蓄热系统的保温、密闭性以及系统造价等。

重点对太阳能地下土壤储热的关键技术进行了分析，并初步对地下土壤储热系统的埋管进行了设计计算。

关键词：太阳能辅助加热；季节性蓄热；埋管换热器Research and Application about Central Solar Heating Plants withSeasonal StorageLi Mingyun1,XXX1,XXX1(Beijing sijimicoe solar energy technology co.,ltd,Beijing,102600)Abstract This paper analyzes the status of China at this stage about heating in the winter,The use of CSHPSS can solve the technical problem of the summer heat in winter to be used .CSHPSS can effectively reduce CO2 emissions and global warming.Through the sijimicoe actual engineering can be seen, CSHPSS can provide 50% or more high solar fraction. Four sensible heat storage mode is introduced about hot-water thermal energy store、borehole thermal energy store、aquifer thermal energy and gravel-water thermal energy store. This paper analyzed the characteristics of various regenerative way and their respective applications. According to the research on the heat storage system, This paper analyzes the heat insulation system、leakproofness and the system cost etc. The focus is on the analysis about solar energy storage in underground soil about the Yangtze River Basin, This paper preliminary to design and calculation the underground soil heat storage system about buried pipe.Key words Solar assisted district heating; Seasonal heat storage; Buried pipe heat exchanger0 引言近年来，我国冬季冷空气活动频繁，南方地区出现了连续的低温雨雪天气，南方供暖问题变得越来越迫切。

(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。

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。

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。

太阳能跨季节蓄热供暖技术研究现状与发展前景论文概述了太阳能跨季节蓄热供暖技术的分类、工作原理及特点，重点综述了太阳能跨季节蓄热技术的研究现状，分析了该技术当前主要存在的问题，并针对这些问题，提出了可能的解决思路，探讨了该技术未来的发展前景。

【Abstract】In this paper，the classification，working principle and characteristics of solar energy trans-seasonal thermal storage heating technology are summarized，and the research status of solar energy trans-seasonal thermal storage heating technology is emphatically summarized，and the main problems existing in this technology are analyzed. In view of these problems，the possible solutions are put forward，and the future development prospect of the technology is discussed.标签：太阳能；跨季节蓄热；供暖技术；研究现状；发展展望1 引言近年来，我国东北、华北等地区深受雾霾困扰，严重威胁到国民的身体健康和生活水平。

相关研究表明，燃煤采暖是造成大气污染的重要原因之一，急需大力推广清洁供暖技术。

现采用“以气代煤”和“以电代煤”等清洁能源可快速实现燃煤替代，但能耗和运行成本较高，“以气代煤”还存在气源可靠性问题，故需因地制宜，多种供暖方式并举[1]，进一步发展低能耗、低成本、高可靠性、可替代传统燃煤的清洁能源供暖技术，其中，太阳能供暖是极具前景并被广泛研究和应用的技术之一。