太阳能热利用中的蓄热问题
集热蓄热墙式太阳房原理

集热蓄热墙式太阳房原理
集热蓄热墙式太阳房是一种利用太阳能进行集热和蓄热的建筑结构。
它的原理如下:
1. 外墙集热:墙面使用高吸热率的材料,如黑色瓦片、黑色玻璃等,吸收太阳辐射能,并将其转化为热能。
2. 空气循环:在墙体内部设置空气通道,使室内空气通过墙面进行循环。
当太阳辐射照射在集热墙面上产生热量时,墙面上的空气受热膨胀,从上方的入口进入墙体,然后逐渐下降到底部的出口,形成一个循环。
3. 蓄热材料:墙体内部通道中填充有蓄热材料,如水、石墨砖、沙子等。
当太阳辐射照射的能量被墙面吸收后,墙内的蓄热材料可以吸收和储存这些热能,在夜间或无太阳辐射时释放热能,使室内保持温暖。
通过集热蓄热墙式太阳房的原理,可以在冬季利用太阳能进行室内供暖,减少能源消耗;在夏季则可以避免过热,提供舒适的室内环境。
此外,集热蓄热墙式太阳房还能减少室内外温度的波动,提高建筑的能量利用效率。
太阳能相变蓄热与地源热泵复合系统运行特性及耦合调控优化研究

太阳能相变蓄热与地源热泵复合系统运行特性及耦合调控优化研究太阳能、相变蓄热和地源热泵是目前应用较广泛的可再生能源技术。
它们具有各自的优点和特点,可以相互补充,提高系统能效,减少能源消耗和环境污染。
本文将探讨太阳能、相变蓄热和地源热泵复合系统的运行特性和耦合调控优化。
首先,太阳能是一种取之不尽的清洁能源,可以转化为热能或电能供应给我们的生活和生产。
在太阳能热利用系统中,太阳能集热器将太阳辐射能转化为热能,并通过传热介质传递给相变蓄热装置。
相变蓄热装置利用相变材料的特性,将热能转化为潜热储存起来,以备后续供热。
这样可以充分利用太阳能资源,并且在夜间或阴雨天等太阳能能量供应不足的情况下提供热量。
其次,地源热泵是一种利用地下能源的高效供暖和制冷设备。
地下温度相对较稳定,地源热泵通过地下热交换器中的工质与地下热源进行热交换,实现供热和制冷的目的。
在地源热泵系统中,热泵将地下能源转化为高温热能,并通过传热介质传递给供热系统。
太阳能、相变蓄热和地源热泵可以组合成复合系统,互补利用各自的优点,提高系统的能效。
在复合系统中,太阳能和地源热泵可以同时供热,实现互补供热的效果。
当太阳能供热不足时,可以通过地源热泵提供热能;当地源热泵供热不足时,可以通过太阳能补充热能。
通过合理调控和优化系统的运行,可以实现能耗的最小化和能源的最大化利用。
耦合调控优化是太阳能、相变蓄热和地源热泵复合系统的关键技术之一、通过建立系统的动态模型,可以预测系统的运行状态和性能。
基于动态模型,可以进行系统运行的优化调控。
例如,可以根据天气预报和用户需求,合理安排太阳能和地源能的利用比例,以最大化系统的能效。
此外,还可以通过优化传热介质流量和温度等参数,改善系统性能。
通过耦合调控优化,可以实现太阳能、相变蓄热和地源热泵的最佳组合和协同工作,提高整个系统的能效,减少能源消耗和环境污染。
综上所述,太阳能、相变蓄热和地源热泵复合系统具有很大的潜力和优势。
太阳能热发电高温蓄热技术

能量的释放是通过合成油逆循环流过蓄热罐至蒸汽
发生器来实现的。Solar 0ne蓄热系统具有两个特
点:(1)采用碎石和沙等价格低廉的填充材料代替
昂贵的合成油,降低蓄热系统成本;(2)与双罐式
蓄热系统相比,采用斜温层罐蓄热,省了一个罐的
费用。斜温层罐根据冷、热流体温度不同而密度不
同的原理在罐中建立温跃层,但由于流体的导热和
北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室 ■吴玉庭张丽娜马重芳
一前言
太阳能热发电技术是除风电以外最有经济竞争 力的可再生能源发电技术。太阳能集热器把收集到 的太阳辐射能发送至接收器产生热空气或热蒸汽, 用传统的电力循环来产生电能,具有技术成熟、发 电成本低和容易与化石燃料形成混合发电系统的优 点。太阳能高温蓄热技术是太阳能热发电的关键技
试验电站,如图2所示,SolarOne太阳能试验电站
采用间接式蓄热,系统装置为一圆形储热罐,称之
为斜温层罐,内装有6100t砂石和牌号为Caloria HT-
43的导热油。来自吸热器内的高温蒸汽加热罐内的
导热油,而导热油则在充满碎石和沙子的罐内循环,
利用冷、热流体温度的不同从而在罐中建立起温跃
层,冷流体在罐底部,热流体在罐顶部,蓄热系统
图3 so‰Two电站流程图
四、结论
太阳能高温热发电是除风能外最有前途的发电 方式。不管是槽式太阳能热发电还是塔式热发电, 蓄热都是一种重要的技术,它对于提高系统发电效 率、提高系统发电稳定性和可靠性具有重要意义。 其中,熔融盐传热蓄热是最有前途的一种太阳能高 温热发电的关键技术,已在太阳能2号和意大利 ENEA工程中得到成功应用。我国只对空间太阳能 热动力发电系统中的高温相变储热器有过试验研究, 熔融盐传热蓄热还未进行深入研究,缺乏经验。
相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用分析

相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用分析1. 引言1.1 背景介绍背景介绍部分主要从介绍太阳能供暖系统的工作原理和面临的挑战入手,引出相变蓄热材料的应用必要性。
还可以介绍目前太阳能供暖系统在能源利用效率和可持续发展方面的不足,说明相变蓄热材料在解决这些问题上的潜力。
通过背景介绍,读者可以充分了解到相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的重要性和发展价值。
1.2 研究意义相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用是当前太阳能领域的研究热点之一,其具有重要的研究意义。
太阳能供暖系统是一种清洁、环保的能源利用方式,能够有效减少对传统化石能源的依赖,降低能源消耗和排放的碳排放量,有助于缓解能源紧缺和环境污染问题。
而相变蓄热材料的应用能够进一步提升太阳能供暖系统的能效和稳定性,增强系统的可持续性和经济性。
1.3 研究目的研究目的是为了探讨相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用潜力和优势,从而提高太阳能供暖系统的能效和稳定性。
通过深入分析相变蓄热材料的特点和工作原理,我们旨在为工程师和研究人员提供更多关于如何选择和设计适用于太阳能供暖系统的相变蓄热材料的建议和指导。
我们也希望通过实际案例分析,揭示相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的实际应用效果和经济效益,为推广和应用这一新型材料提供参考和支持。
最终的研究目的是为了促进太阳能供暖系统的发展,推动可再生能源利用技术的进步,实现能源效率和环境可持续发展的目标。
2. 正文2.1 相变蓄热材料的特点相变蓄热材料是一种能够利用物质相变释放或吸收热量的材料,其主要特点包括高储热密度、储热效率高、可循环使用、长寿命等。
相变蓄热材料可以在相变时释放或吸收大量热量,使得系统在储存或释放热量时具有较高的能量密度,可以实现热能的高效转换和利用。
相变蓄热材料具有良好的循环稳定性,可以经过多次相变循环而不损耗性能,具有较长的使用寿命。
相变蓄热材料的储热温度范围广,可以根据需要选择不同相变温度的材料,适用于不同的太阳能供暖系统设计和运行要求。
相变蓄热的缺点-解释说明

相变蓄热的缺点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述相变蓄热技术是一种利用物质相变过程中释放或吸收的大量热量来实现能量储存和释放的方法。
这种技术已经在太阳能集热、建筑节能、新能源利用等领域得到了广泛应用。
然而,虽然相变蓄热技术具有很多优点,但是也存在一些缺点和局限性。
本文将着重探讨相变蓄热技术的缺点,以及对其应用的限制和挑战。
1.2 文章结构文章结构部分内容如下:文章结构部分将介绍本文的整体布局和组织结构。
首先,我们将简要介绍本文的大纲和目的,说明要讨论的内容和阐明的观点。
其次,我们将详细介绍相变蓄热技术的原理和应用,以及其在能源领域的重要性。
最后,我们将重点讨论相变蓄热技术存在的缺点,分析其影响和局限性。
通过全面讨论相变蓄热技术的优缺点,为读者提供全面的知识和视角,使其对这一技术有全面的了解。
1.3 目的目的部分的内容可以包括相变蓄热技术的研究意义、应用前景以及撰写这篇文章的目的和意义。
比如可以阐述相变蓄热技术在节能减排、可再生能源利用等方面的重要性,展望其在建筑、工业和生活中的广泛应用前景。
同时也可以说明本文旨在探讨相变蓄热技术的优缺点,以期帮助读者更好地了解该技术,并为相关领域的研究提供参考。
2.正文2.1 相变蓄热的原理相变蓄热是利用物质在相变过程中释放或吸收大量热量的特性来实现热能的储存和释放。
在相变蓄热过程中,物质从一个相态转变为另一个相态,如固体到液体或液体到气体,这些相变过程会伴随着吸收或释放大量的热量。
具体来说,当物质处于相变温度范围内,加热或冷却这种物质时,其温度将保持稳定直到相变过程结束。
这意味着在相变过程中,不需要额外的热量来改变温度,而只需提供或移除足够的热量以促使相变过程发生。
相变蓄热的原理可以通过熔化和凝固的过程来解释。
当物质从固体相转变为液体相(熔化)时,需要吸收大量热量。
而当物质从液体相转变为固体相(凝固)时,则会释放大量热量。
这种热量的吸收和释放特性使相变蓄热成为一种有效的热能存储方式。
热阻 和导热系数 蓄热系数-概述说明以及解释

热阻和导热系数蓄热系数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热阻、导热系数和蓄热系数是研究热传导性质的重要指标。
热阻是指材料对热传导的阻碍程度,表示了材料传热能力的强弱,通常用于评估绝缘材料与导热材料的性能差异。
导热系数则是指材料导热的能力,是一个描述材料导热性能的物理量。
蓄热系数则涉及到材料储存热能的能力。
这三个指标对于热工领域非常重要,对于材料的选择和应用具有重要的指导意义。
热阻是衡量材料传导热量的阻力。
在传热的过程中,材料会对热量的流动产生一定的阻碍作用,热量在材料中传递的速度将会减慢。
热阻的大小取决于材料的导热性能和几何形状,其中导热性能是热传导过程中最重要的因素之一。
导热系数是一个描述材料导热性能的物理量,它衡量了材料单位面积上单位温度梯度下的传热速率。
导热系数越大,表示材料的导热性能越好,热量在材料中的传递速度也越快。
导热系数与材料的物理性质、结构以及温度有关。
在实际应用中,我们常会根据导热系数的大小选择合适的材料,以便实现高效的热传导。
蓄热系数是描述材料储存热能能力的指标。
材料的蓄热系数越高,说明其具有更好的储热性能,即能在短时间内吸收更多的热量,并能在需要时释放出来。
蓄热系数与材料的热容量和密度相关,可以用来评估材料在太阳能利用、热储能等方面的应用潜力。
综上所述,热阻、导热系数和蓄热系数是研究热传导性质的重要参数。
它们在材料选择和应用领域具有重要的作用,能够指导我们选择合适的材料以实现高效的热传导和储热。
在接下来的文章中,我们将分别介绍热阻、导热系数和蓄热系数的概念、测量方法和应用领域,以期对这些热传导性质有更深入的了解。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式来编写:文章结构部分旨在介绍整篇文章的组织和脉络,方便读者了解文章的逻辑和章节安排。
本文分为引言、正文和结论三个主要部分。
首先,引言部分将为读者提供一个总体概述,介绍本文将要讨论的主要内容。
其次,引言部分还会详细说明文章的结构,以帮助读者更好地理解整篇文章。
蓄热器的工作原理

蓄热器的工作原理引言概述:蓄热器是一种能够储存热能并在需要时释放热能的设备,广泛应用于太阳能热水器、地源热泵等领域。
蓄热器的工作原理是通过储存热能来平衡系统的热量供应和需求,提高能源利用效率。
一、蓄热器的基本结构1.1 蓄热体:蓄热器内部的主要组成部份,通常采用高热容量的材料如水、石墨等。
1.2 绝热层:用于减少蓄热器内部热量损失,提高热能储存效率。
1.3 热交换器:用于在热能储存和释放过程中与外部环境进行热量交换。
二、蓄热器的热能储存过程2.1 吸热过程:当外部环境热量充足时,蓄热体吸收热量并储存。
2.2 热量转移过程:热量通过热交换器传递到蓄热体中,使其温度升高。
2.3 热量储存过程:蓄热体吸收的热量转化为内部能量,储存于蓄热器中。
三、蓄热器的热能释放过程3.1 热量传递过程:当需要热能时,蓄热体释放储存的热量。
3.2 热量转移过程:释放的热量通过热交换器传递到外部环境中。
3.3 热能利用过程:释放的热能被用于供暖、热水等用途,提高系统的能源利用效率。
四、蓄热器的优点4.1 节约能源:蓄热器能够储存多余热能,避免能源浪费。
4.2 平衡供需:蓄热器能够平衡系统热量供应和需求,提高系统稳定性。
4.3 增加热效率:蓄热器能够提高能源利用效率,降低能源消耗成本。
五、蓄热器的应用领域5.1 太阳能热水器:蓄热器能够储存白日太阳能采集的热量,晚上供暖使用。
5.2 地源热泵:蓄热器能够储存地热能量,提高地源热泵系统的效率。
5.3 工业生产:蓄热器能够储存工业生产过程中产生的余热,减少能源浪费。
总结:蓄热器通过储存热能来平衡系统的热量供应和需求,提高能源利用效率。
其基本结构包括蓄热体、绝热层和热交换器,工作原理主要包括热能储存和释放过程。
蓄热器的优点在于节约能源、平衡供需、增加热效率,应用领域广泛,对提高能源利用效率具有重要意义。
太阳能供暖集蓄热系统容量简化配比设计计算方法

太阳能供暖集蓄热系统容量简化配比设计计算方法太阳能供暖集蓄热系统容量简化配比设计计算方法引言:随着能源供给的日益紧张和环境问题的日益突出,太阳能供暖作为一种可再生、清洁的能源形式逐渐得到广泛关注和应用。
太阳能供暖集蓄热系统是太阳能供暖的核心部分,其设计合理与否直接影响系统的供暖效果和运行效率。
本文将介绍一种简化的太阳能供暖集蓄热系统容量配比设计计算方法,以便更好地进行实际工程设计和应用。
1. 系统容量计算原理太阳能供暖集蓄热系统容量计算的主要依据是供暖所需的能量总量。
能量总量是由室内散失的热量和冷热源之间传递的热量之和。
室内散失的热量可通过建筑物热负荷计算软件来求取,而冷热源之间传递的热量则取决于太阳能集热面积和系统的运行效率。
2. 系统集热面积计算太阳能集热面积是冷热源之间传递热量的关键因素。
根据实际工程情况,我们可以使用简化的计算方法来估算集热面积。
首先,我们需要确定所需的年热量供给量Q。
然后,根据当地的太阳辐射状况和集热器的平均热效率,我们可以得到单位面积的集热量Qc。
最后,通过以下公式计算集热面积A:A = Q / (Qc × Fc)其中,Fc为集热器的形状系数,反映了集热面积的分布情况和热量传递的均匀性。
3. 系统容量配比设计根据实际工程的要求和太阳能集热器的性能参数,我们可以确定集热系统的容量配比。
一般而言,太阳能供暖集蓄热系统包括太阳能集热器和水贮存器两部分。
根据热负荷和集热面积的关系,我们可以得到以下公式计算水贮存器的容量V:V = Q / (ρ × ΔT × h)其中,ρ为水的密度,ΔT为水的温度差值,h为水的比热容。
同时,根据太阳能集热器的面积和水贮存器的容量,我们可以得到集热器和贮存器之间的配比系数K:K = A / V根据实际工程经验,我们可以根据不同的应用场景和系统运行要求确定合适的配比系数,进而计算出集热器和贮存器的容量。
4. 实例分析为了验证该简化配比设计计算方法的可行性和准确性,我们以某户型的太阳能供暖工程为例进行分析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
热设计与电磁兼容结构设计报告题目:太阳能热利用中的蓄热问题学院:机械电子工程学院学生:冯宇学号:授课老师:王皓太阳能热利用中的蓄热问题摘要:太阳能是理想的可再生能源,通过解决太阳能热利用中的蓄热问题可以大大提高太阳能的利用效率。
根据储热机制的不同,文章介绍了三种太阳能蓄热方式:显热蓄热、潜热蓄热和化学蓄热,并分析了常用蓄热介质的特性,提出了当前太阳能蓄热技术的发展趋势。
关键词:太阳能蓄热技术蓄热介质1 前言随着煤、石油、天然气等传统矿物燃料的大量开采利用,不仅造成了全球性环境污染和生态破坏,而且其对人类生存和发展构成的威胁。
为应对能源危机,世界各国正在积极开展水能、风能、生物质能、太阳能等新型清洁可再生能源的研究工作。
作为一种除风电以外最具竞争力的数量可观、无公害的可再生能源,太阳能日益受到人们的重视,也是21世纪后人类可期待的最有希望的能源。
太阳表面温度高达6000°C,每3天向地球辐射的能量就相当十地球所有矿物燃料能量的总和,其每秒钟辐射的能量相当于500万t煤。
我国地域辽阔,年日照时间大于2000小时的地区约占全国面积的2/3,处于利用太阳能较有利的区域内[1]。
但是太阳能是稀薄的能源,它的地球表面的能源密度极低。
并且太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化,同时还受阴晴云雨等随机因素的强烈影响,故太阳辐射热量具有很大不稳定性[2]。
要利用太阳能,必须要解决太阳能的间隙性和不可靠性问题。
而在太阳能利用系统中设置蓄热装置是解决上述问题的最有效的方法之一。
通过太阳能蓄热系统可以将太阳能多余的热量暂时储存起来,等到没有日照或阴雨天气时再将这部分热量释放出来,保证系统正常运行。
实践证明,蓄热装置对提高太阳能的利用效率具有特别重要的意义。
2 太阳能蓄热技术概述太阳能蓄热主要有两种方式:短期蓄热和长期蓄热。
短期蓄热是太阳能蓄热中一种简单常见的形式,它的充、放热循环周期比较短,最短可以24小时作为一个循环周期。
一般来说,短期蓄热的蓄热容积较小。
比如,现在逐渐步入居民家庭的太阳能热水器,其中的热水箱就属十短期蓄热技术的应用[3]。
与短期蓄热相对应,长期蓄热的蓄热容积比较大,充、放热循环周期比较长,一般为一年,这种蓄热方式又称季节性蓄热。
季节性蓄热的装置可置于地面以上,常见的有刚质蓄热水塔,但是这种装置的投资相当高,对蓄热容积有一定的限制,对绝缘性要求较高。
从长期运行的经济性来看,置于地下的蓄热装置更为有效。
由于地下土壤和岩石的热传导系数比较低,其本身具有储热性能,同时又不影响建筑美观,从使在地面以下一定容积内进行蓄热成为可能。
然而蓄热损失却因为蓄热容积的不同相差很大。
实验表明:在一定的温度下,一个边长为3m的立方形地下蓄热装置,在几天之后,其蓄热量的50%将损失掉。
而相应的边长为100m 的地下蓄热装置,在六个月后,其热损失只有10%。
因此,蓄热容积应该尽可能的大,以提高蓄热效率。
所以,季节性蓄热主要用于与集中供热系统联合运行的大型蓄热。
热损失不仅与热装置的尺寸和形状有关,而且和蓄热温度、土壤的绝缘性能以及蓄热装置的位置有关[7]。
3 太阳能蓄热技术分类3.1按蓄热温度分类低温蓄热的温度一般低于60°C,其主要优点是:(1)可以采用结构简单的低温平板型集热器,常用敞开式集热器,并常与建筑物做成一体;(2)这种情况下低温平板型集热器效率较高,因为是从低的给水温度开始加热,所以虽是简易的集热器,甚至在日照比较短的时候,也能高效地集热;(3)集热器成本低是它的最大优点。
由于蓄热温度低,不能直接用于供热,从而需在用户和蓄热装置之间加热泵装置以提高温度。
高温蓄热的蓄热温度一般高于60°C,可直接用于供热,其需要高效太阳能集热器。
一种高温蓄热系统,其中不附加热泵装置,这种蓄热装置的容积一般应较大。
另一种高温蓄热系统,其中附加热泵装置,当蓄热温度较高时,直接供热:当运行一段时间后,温度降低,则改为和热泵联合运行。
3.2按蓄热方式分类3.2.1显热蓄热对蓄热介质加热而使它的温度升高,增加蓄热介质的内能,从而将热量储存起来。
这种利用物质因温度变化而储存显热的方式是最简单、最经济的蓄热方法。
其工作原理也很简单。
为使蓄热设备具有较高的容积蓄热能力(蓄热介质每单位容积所能储存的热量),要求蓄热介质有高的密度和比热容。
目前使用最多的蓄热介质是水和石块(一般用鹅卵石)。
水的比热容大约为石块的4.8倍,而石块的密度只比水大2.5~3.5倍。
当然,在选择蓄热介质时必须综合考虑密度、黏度、腐蚀性、热稳定性和经济性等一系列问题。
3.2.2潜热蓄热潜热蓄热是伴随物质的相变过程来进行的,物质由固态转化为液态,由液态转化为气态,或自固态直接转化为气态,都将吸收相变热,进行逆过程时将释放相变热,这是潜热蓄热的基本原理。
潜热蓄热的特点是必须将换热器和蓄热设备结合到一起,否则当蓄热介质变为固体时无法用泵输送。
和显热蓄热相比,其最大的优点在于,蓄热密度约比显热高一个数量级,容积蓄热能力大,因此在储存等量的热量时,所需要的设备容积要小得多。
而且物质的相变过程在一定温度下进行,这使得相变蓄热设备能够保持基本恒定的热力效率和供热能力。
但这类蓄热介质大多具有热扩散系数小、放热和蓄热速度低、不能连续溶解、经不起反复循环使用、易老化等缺点。
3.2.3化学蓄热化学蓄热是利用可逆化学反应通过热能与化学能的转换来蓄热的,它在受热和受冷时可发生可逆反应,分别对外吸热或放热,这样就可以把热能储存起来。
其优点是储热密度高,利于能量的长期储存,具有较大的应用价值,但是这种材料的反应过程复杂,有一定的安全性要求,且存在投资较大、整体效率较低等问题,目前还没有得到实际应用。
4 蓄热常用介质及特性4.1 固体介质及特性太阳能发电站中的几种固体储热介质有:砂岩石+矿物油、加固混凝上、固体氯化钠、铸铁、铸钢、耐火硅砖和耐火镁砖等。
影响固体蓄热能力的主要参数是体积蓄热密度,体积蓄热密度越小,所使用的蓄热装置的体积就越小,初投资成本就越小。
另外还要求固体蓄热材料具有较高的导热率、价格便宜等特点。
表1列出了几种固体储热介质的特性[5]。
表1 固体储热介质主要特性4.2 液体介质及其特性由于热流体与冷流体之间由于密度的不同会产生自然热力分层现象,因此利用这一特性可以在蓄热时从储热容器上部的热流体取热,放热时则相反。
为了避免冷热流体的混合,可以采用一种分层设备来确保进入储热系统中的流体在一个与它温度相一致的水平层内。
表2为太阳能发电站中的液体介质[5]。
表2 液体储热介质主要特性以上液体介质中,化学合成油有毒性,而硅油的成本太高。
另外矿物油易燃,目_具有较高的蒸汽压力,而压力容器的造价则相对较高,此外对压力容器的控制难度亦增加。
亚硝酸盐具有潜在的腐蚀性,碳酸盐与液态钠的蓄热成本太高。
4.3 几种常用蓄热材料对比表3为几种常用蓄热材料对比[5]。
表3 几种常用蓄热材料对比对于储存一定量的热量,由表3中的体积蓄热密度和质量蓄热密度可以看出潜热蓄热相对于显热蓄热具有明显的优势。
显热蓄热装置的体积要比潜热蓄热大很多,但是显热蓄热最大的优点就是蓄热成本低,且蓄热材料如石块、混凝上等价格相对于PCMs便宜。
5 常用蓄热方式5.1 粘土蓄热粘土的热容量相对来说比较高约为1kwh/m3/°C,而其热传导系数比岩石低,因此较适合于蓄热。
但是,粘土蓄热会降低土壤的抗剪强度,从而可能产生地面下沉,并且蓄热温度一般要限制在20~40°C之间。
所以,粘土蓄热属于低温蓄热,需要热泵来提升温度。
粘土蓄热一般将U型管或软管埋人土壤中,深度约为20 ~ 30m,它们组成封闭的回路,中间流动着能量栽体。
在夏季,被太阳能集热器加热的热流体通过循环流动将地下的粘土加热,从而将热量储存在地下。
在冬季,流过热泵蒸发器端的冷流体,通过循环流动被粘土加热,从而将热量传给热泵[4]。
5.2 岩石中的井孔蓄热岩石中常见的片麻岩和花岗岩的热容量约为0.6kwh/m3/°C,由井孔的位置和深度所决定的井孔蓄热的容积和形状对热损失的影响很大,随着容积的增大热损失减小很多。
井孔蓄热一般在岩石中打数百个或更多个深度约为60~150m的井孔,井孔之间的距离约为4m,井孔的直径约为110~150mm。
5.3 充水的岩洞蓄热水的热容量约为 1.16kwh/m3/°C,热水可被储存在岩洞中,其温度可超过100°C。
岩洞蓄热的充放水温差可高至50°C,考虑热损失后,其储存能量密度约为50kwh/m3。
岩洞壁大约可为整个蓄热贡献10%的蓄热量。
充水的岩洞蓄热必须设置在尽可能深的地下,以便上面有足够厚的岩石覆盖,最好远低于地下水层,以平衡其内部的水压力。
在岩洞蓄热中要注意渗漏问题,因为热天和裸露的岩石之间有很大的接触面积。
这种蓄热方式也可以应用于废弃的矿井(坑)、天然的洞穴或防空洞中[4]。
5.4 储水层蓄热天然的地下储水层也可以用于季节性蓄热,将深井打人地下储水层,通过循环工质太阳能集热器和地下水之间进行热交换。
为了使热损失减少到合理的程度,这种蓄热方式的容积应尽可能的大,般要超过100万m3。
储水层蓄热的蓄热温度一般为20~30°C,若储水层足够的深,蓄热温度可达60~90°C。
6 太阳能蓄热技术发展趋势对于显热蓄热来说,在所有的储热材料中,混凝上单位储热量成本是最低的,是太阳能热发电蓄热系统的候选材料之一。
而对于潜热蓄热,主要研究水合盐、石蜡、脂肪酸、有机和无极共熔岩等相变材料。
由于化学蓄热反应剧烈、一次性投资大、技术复杂、整体效率低等原因使得化学蓄热的研究目前还处于试验阶段。
科学家们还曾提出显热与潜热联合的蓄热系统,该系统蓄热能力为200MWh,传热流体采用合成油,蓄热介质分别采用固体NaNO3,混凝上、NaOH/NaCl的混合物,集成了二种蓄热介质的优点,但是整个系统变得更加复杂,初投资也相应地更高。
综合来说,太阳能蓄热技术对于太阳光热发电系统电力的平稳输出具有十分重要的作用,而蓄热材料的选择直接影响着整个系统的初投资,因此如何提高导热率,降低蓄热成本,从而提高整个系统的效率是目前研究的主要方向[6]。
德国的混凝上蓄热目前已经在西班牙通过试验测试,通过改进混凝上的性能提高了导热率,下一步将扩大范围,朝着电站一体化的方向发展。
而潜热蓄热的发展也逐渐朝纳米级方向发展,比如利用纳米颗粒封装以形成核壳结构,并目_使用部分氧化来稳定微粒,从而提高导热率。
另一方而从传热流体(HTF)方而,采用增强热容的高级导热流体可以直接提高透平机的效率,从而减少蓄热成本。
7 结语蓄热技术可以保证不间断的利用太阳能,对太阳能的大规模利用有特别重要的意义。