1、季節熱能儲存技術現狀摘要：本文介紹了國外的太陽能區域供熱的發展現狀，介紹了國外太陽能區域 供熱的季節性熱能儲存技術，尤其在坑式蓄熱基坑的設計細節進行了一個詳細的 分析與介紹，尤其是季節性蓄熱基坑的形狀設計與選擇，保溫內襯層，浮蓋，施 工選材等方面展開了詳述。1.1背景當前全球變暖問題引起了新的思考，更清潔的區域供熱能源也比以往更加受 到關注。利用太陽能供暖，尤其是采用帶有輔助熱源、儲熱系統和自動控制系統 的太陽能采暖，可大大降低能源的消耗和對環境的污染。由于太陽能的一個主要 缺點就是它的間歇性，不僅有晝夜之分，還有陰雨雪天氣以及冬夏輻射能的區別 等，在此基礎上本文提出了季節性熱能儲存的方法。從

2、上世紀70年代中期開始，歐洲就對季節性熱能儲存技術進行了研究。1978 年至1979年，在瑞典實現了第一個示范工廠。由于通過國際能源機構進行的一 項國際合作，季節性熱能儲存在歐洲的部分地區得以實現。自1996年以來，德 國已建造了 11個太陽能輔助區域供暖示范項目。在歐洲以外，人們對進一步發 展長期蓄熱技術的興趣是在2006年加拿大奧克托克斯建造的德雷克試驗性工廠 引起的。在過去的幾年中，丹麥的固定資產投資市場日益增長，其重點是利用非 常大的儲存量，不僅用于季節性地儲存太陽能熱能，而且還用于在丹麥電力市場 內優化熱電聯產和電廠驅動的地區供暖系統的經濟性。在歐洲，在歐洲研發的項 目中實現了第一個

3、大容量為75000米的大容量蓄熱坑。1.2太陽能區域供熱系統的定義太陽能區域供熱（Solar District Heating，以下簡稱“SDH”）是指在原有區域供 熱系統不變的情況下，利用太陽能集熱器將太陽能的熱吸收，通過太陽能集熱管 網系統輸送到熱廠或熱交換站，與市政區域熱網相連接，向市政區域熱網供熱， 最終為熱用戶提供供暖和生活熱水所需熱量的系統。太陽能區域供熱系統的重要組成部分是儲熱技術，也是目前歐洲的研究熱點。 季節性儲熱是指將夏季的熱量儲存至冬季使用，目前尚處于研發試點階段。正在 研發的季節性儲技術主要是儲熱罐、儲熱坑、鉆井儲熱、含水土層儲熱4種。歐 洲大型跨季節儲熱太陽能區域供熱

4、系統多采用坑式水池蓄熱。坑式水池儲熱是指 在地面建設倒金字塔型水池，夏季集熱場生產熱量遠大于熱消費量，集熱場多余 熱量將被儲存在儲熱水池中。秋冬季，區域熱網低溫回水進入儲熱水池底部，并 從儲熱水池頂部取走高溫熱水，儲熱水池溫度逐漸降低。2.1蓄熱基坑設計介紹主要重點細節將在下面分述：2.1.1蓄熱基坑形狀像一個被截斷的金字塔，在地面上支撐著的形狀如圖1：圖1基坑截面原理圖基坑存儲容量取決于它所連接的整個系統熱負荷。下一步是在蓄熱基坑里建 一個防水襯墊2.1.2內襯材料在較早的坑熱貯存中采用的是特殊粘土進行水封試驗，但得到了較差的效果， 因此考慮了在坑內熱貯存中采用襯墊。用襯墊覆蓋土壤，來獲得坑

5、熱貯存的水密 性。襯墊類型有：不同類型的聚合物襯墊（PP，PE），橡膠襯墊（EPDM）和不同 類型的金屬襯墊（不銹鋼，鋁）。聚合物和彈性體襯墊在材料價格和安裝成本上 都是最便宜的，但是金屬襯板在長期穩定性和蒸汽密封性方面具有優勢。聚合物襯墊聚合物襯墊和其他相比相對來說比較便宜，并且易于安裝。聚合物襯墊的主 要問題是耐高溫，與金屬襯墊相比另一個缺點是水蒸氣的滲透性。橡膠襯墊EPDM橡膠襯墊比聚合物襯墊有更高的耐熱性，并且耐高溫度超過90C。但EPDM 不可焊接，必須用特殊的硫化膠粘合。所以其中一個缺點是成本高，包括安裝在 內的價格比HDPE的價格高出25%。EPDM襯墊的另一個缺點是透氣性比HD

6、PE襯 墊高兩倍。對于坑式蓄熱底部和側壁的襯墊來說，這個缺點影響不大。但如果在 整體覆蓋結構中使用浮動襯墊，則必須處理蒸汽滲透，因為水在高溫條件下會是 材料發生化學反應，造成材料分解和腐蝕。金屬襯墊金屬襯墊比聚合物襯墊和橡膠襯墊在使用性能方面具有優勢，它可以承受很 高的溫度，并且不會出現蒸汽滲透的情況。但缺點是材料成本和安裝成本非常高。2.1.3浮蓋蓄熱基坑的頂部表面需要覆蓋一層隔熱的蓋子。頂部的蓋子可分為三類：柔性隔熱墊基坑頂部采用的是一種柔性浮動防水隔熱襯墊直接漂浮在水面上。由于水的 熱膨脹，浮蓋上下移動，這種靈活性使得隔熱墊能夠覆蓋水面和儲存的邊緣。剛性隔熱材料第二類是剛性的隔熱材料，例

7、如PUR或PIR硬質泡沫材料制成的剛性絕緣材 料，通常比柔性聚合物保溫材料具有更好的溫度和防潮性能整體隔熱覆蓋式第三類是采用大量的隔熱材料進行整體覆蓋，這種隔熱材料包含在一個隔水 的浮動襯里和頂部一個襯墊之間。但這種整體式的結構帶來的一個弊端就是會引 起溫度對流。解決方法是在浮蓋上方設置通風裝置。組成浮蓋的襯墊被固定在錨溝中。當水溫降下來以后水的體積減小，襯墊將 會變得松弛。這一松弛將通過在襯墊的兩條對角線上放置重量管來消除。當由于 熱膨脹而導致松弛的時候，重量管會把管道拉到較深的水里，從而吸收多余的松 弛。重量管是由HDPE管焊接在一起，并在其內部注滿混凝土。管道的直徑從基 坑中心開始依次向邊緣減小，這樣做的目的是使襯墊產生一個向中心的傾斜，這 樣可以使水在浮蓋的中心、空氣在浮蓋邊緣。在保溫層和頂部的襯墊之間是通風間隙，使在間隙中的水氣通過通風蒸發掉。 浮蓋層的通風是由放置在儲存的邊緣的真空排氣口完成的。3結論我國北方區域供熱較發達，具備實施太陽能區域供熱的基礎條件，隨著國家 既有建筑節能改造和區域供熱清潔能源改造的推進，必將促使熱力企業積極尋找 清潔能源替代化石能源。而太陽能區域供熱將是最佳選擇。但太陽能區域供