几种常见的跨季节太阳能储热供暖技术

　　西藏仲巴县大型太阳能跨季节蓄热采暖项目于2019年11月投运，河北张家口矾山镇黄帝城太阳能跨季节储热试验示范项目即将开建……近年来，太阳能跨季节储热供暖技术在国内的应用愈加广泛。

　　跨季节储热技术可以有效解决能源供需在时间、空间上的不匹配，特别是搭配太阳能系统，可以有效避免太阳能的间歇性缺点，为农村采暖、煤改清洁能源、区域能源供给提供新的技术路线。

　　根据储热介质，常见的跨季节储热技术可分为潜热储热、显热储热和热化学储热，自上世纪七十年代末，欧洲和北美各国便开始尝试推广各类太阳能跨季节储热技术，目前国内也已有实际项目实践，本文就几种常见的跨季节太阳能储热供暖技术进行介绍。

图：跨季节蓄热装置的基本类型

　　与其他几种储热技术相比，热水蓄热具有单位体积热容量大、流动性好，存取热量较为快捷的特点，因此，水箱储热在很多大规模季节储热示范项目中实现了应用，在跨季节太阳能储热系统中，热水蓄热装置一般为圆柱形，这种结构有助于减小形体系数，以减小热损失，水箱的温度分层和外层保温材料是水箱储热研究的重点。

　　含水层主要包含地下水的地下沙土、砾石、石灰岩层等，上下两层为不透水层。地下含水层跨季节储热系统造价较低，但对地质条件要求较高，是跨季节储热技术的研究热点之一。

　　在含水层蓄热装置中，需要安装冷水井和热水井各一口。在夏季太阳能充足的时候，将获取的太阳热能储存在热水井中。在冬季，通过抽取热水井中的热水给建筑物供暖和生活热水用热，然后将提取完热量后的水灌入冷水井中。

　　埋管储热一般利用地下土壤储存热量，地埋管蓄热装置是在打入地面以下30-100m的竖井内设置单U形管或双U形管，在蓄热过程中，将太阳热能通过水等介质储存在土壤和岩石中，到冬季供暖时，再通过水等介质将竖井旁边土壤和岩石中的热量交换出来。

　　由于土壤储热密度较低，地埋管储热系统土壤体积约为水箱储热系统的3～5倍。地埋管储热对地质要求较高，岩石和饱和水土壤地质类型较为适宜。

　　岩石类储热的保温与水箱保温类似，需要在储热区域顶部和四周加装保温材料。在岩石类储热中常用的介质有鹅卵石、砾石、砂石、砖石等，岩石床与换热流体（水或空气）交换热量实现热量的储存和释放。由于能量密度低，岩石类储热系统体积约为水箱储热系统的3倍。

　　砾石-水蓄热也称为人工含水层蓄热，蓄热介质由砾石和水组成。在储存太阳热能时，集热装置中的热量通过预埋在砾石中的热交换管与砾石-水蓄热装置中的水和砾石进行换热。因该蓄热装置不需要建设承重结构，造价相对于热水蓄热装置要低。

　　相变储热利用材料在相变过程中吸收和释放的热量实现热能存储，对于跨季节大规模储热方式，可利用换热流体将太阳能集热系统收集的热量储存于相变储热系统中。在国内外研究中，科研人员已经尝试将跨季节相变储热系统应用于农业温室和热泵系统中。

　　热化学储热具有较高的储热密度，并且能够实现在接近环境温度下长期无热损储热，而其中热化学吸附和吸收反应温区与太阳能中低温热利用温区相一致，尤其适用于建筑采暖、结构紧凑的跨季节储热，与相变材料跨季节储热类似，热化学跨季节储热主要处于研究阶段，目前针对吸附/吸收热化学跨季节储热系统，国内外研究学者已经展开了广泛的研究。