本文介绍几种跨季节储热技术。跨季节储热是供热领域节能降碳的重要方向,发展潜力巨大,目前已有多种技术路线,具有不同的应用场景。
自上世纪七十年代末,欧美多国开始研究和推广跨季节储热技术,并形成了较多应用案例。随着国内双碳政策的逐步落地,跨季节储热技术也得到了广泛的关注和研究。
跨季节储热技术的主要功能是在非采暖季收集太阳能或工业余热等热量,经过长时间储存后用于冬季供暖,如果有冷需求还可以实现反向的“冬冷夏用”,提高使用率。
跨季节储热技术根据储热介质的不同分为相变储热(潜热储热)、显热储热、化学储热等。已实施的工程项目以显热储热为主,原理最简单,技术比较成熟,经济性也在可接受范围之内。显热储热分为热水储热、砂石-水储热、地埋管土壤储热、含水层储热等形式。
热水跨季节储热技术
该技术采用水作为储热介质,充分利用水的比容大、蓄热能力强的特点,可以用水罐储热,也可以用水池加保温盖的方式蓄水储热,能量密度较大。
由于储热时间跨度很长,根据傅里叶定律,尺度增加一倍,时间延长四倍,当水的体积足够大时,就可以减小散热损失和品位损失,大幅度提高储热时间。
一般认为,当尺度大于30米、体积超过10万立方米时,就可以满足跨季节储热的需求,达到可接受的经济性。如此大体积的水体,无法使用水罐储热,一般都采用蓄水池加保温盖的储热方式。
该技术的保温效果好,热损失小,且蓄热水体的建设成本较高,一般采用高温蓄水方式,储存90℃左右的热水。另外,为了充分利用蓄热水池的容积,需要尽可能地应用水体热量,将水温尽量降低,提高项目经济性。同时,低温水还可以实现夏季低成本供冷。
砂石-水跨季节储热技术
这种技术以砂石储热为主,水作为热量传递媒介。由于砂石的比容小,能量密度低,体积一般是热水蓄热的三倍以上,工程量很大,成本高。该技术基本被热水跨季节储热技术替代。
地埋管土壤跨季节储热技术
该技术采用间接换热的方式,利用土壤储热,需要布置30-100米深度的地埋管。在储热期,将热水通入地埋管加热地下土壤;在用热期,将冷水通入地埋管吸收热量后再利用。
由于土壤的能量密度比较低,储热体积需要达到热水蓄热的3-5倍,且边界没有保温,热量损失较大。但是,地埋管工艺相对简单,整体工艺难度小,尤其是在零成本低温废热的跨季节储存,经济性可以接受。
该技术适合进行低温跨季节储热。低温余热直接送入土壤,成本很低,甚至还有助于余热散热,减少热源处冷却塔的能耗,因此即使热损失较大也具有较好的收益。同时,夏季可以利用低温土壤作为冷却端,降低制冷机的能耗。冷热两用的土壤源热泵就是这种跨季节储热的一种简化形式。
含水层跨季节储热技术
该技术利用含地下水的地下沙土、砾石、石灰岩层等作为载体储存热量,需要建设冷水井和热水井。储热时将热量送入热水井,用热时从热水井取水,降温后再送入冷水井。
该方式的系统造价低,但对地质条件要求高,含水层的上下两层需要是不透水层,同时含水层的水需要基本不流动。在这种特定地质条件下,该方式有很好的经济性。







