61 跨季节太阳能供暖系统地下蓄热体蓄热特性研究.pdfVIP

Heat pump 第 21 届暖通空调制冷学术年会（2018）文集 热泵 跨季节太阳能供暖系统地下蓄热体蓄热特性研究 张婉卿，李安桂，常立存 （西安建筑科技大学，陕西西安 710055 ） ［摘 要］本文针对跨季节太阳能供暖系统中地埋管动态换热特性进行数值研究，以粘土为蓄热介质，建 立了双埋管蓄热模型。在每日连续运行 10 小时，持续运行 3 个月后得到了地下蓄热体温度场分布和日蓄热量 Δl ΔT 变化情况，分析了埋管间距（ ）和送风温差（ ）对系统蓄热性能的影响。研究结果表明，在蓄热初始阶段， 日蓄热量随送风温差升高而显著增大，不同管间距对应的日蓄热量相差不大。随着蓄热的持续进行，日蓄热量 逐渐降低，进而达到稳定状态。此时，大埋管间距对应的蓄热能力高于小埋管间距。本研究对于太阳能跨季节 供暖系统的设计应用具有一定的借鉴意义。 ［关键词］跨季节太阳能供暖；地下蓄热体；地埋管；蓄热特性 0 引言 1 跨季节太阳能供暖系统设计 太阳能作为清洁、可再生能源的代表，受到人 1.1 系统工作原理 们的广泛关注。太阳能供暖技术是继太阳能热水之 本文研究的跨季节太阳能供暖系统主要由太 后，需要在建筑中推广用的又一项太阳能热能利用 阳能空气集热器、地下蓄热体、地埋管、通风管 技术 [1] 。由于受到多种因素的综合影响，太阳能具 道以及轴流风机组成。该系统以空气作为载热介 有保证率较低、能量密度较小等特点，难以保证稳定、 质，以土壤和砾石作为蓄热介质，系统工作原理如 持续地开发利用。跨季节太阳能供暖系统可实现将 图 1 所示。在贮热期间，空气由太阳能空气集热器 夏季和过渡季的太阳辐射能储存到蓄热体，在冬季 加热，并通过通风管道送到蓄热体中与蓄热介质进 太阳能不能满足建筑热负荷时，利用蓄热体中储存 行热量交换。当蓄热过程达到稳定，冷却后的空气 的热量为建筑物供暖，目前已成为极具发展潜力的 再流经集热器进行循环加热。在供热运行期间，当 太阳能利用首选系统之一 [2-4] 。 太阳辐射量足以满足室内负荷要求时，采用太阳能 跨季节太阳能供暖系统根据储热介质类型分为 空气集热器加热空气供暖；当阴雨天气无法满足 热水蓄热、砾石 – 水蓄热、地埋管蓄热和含水层蓄 要求时，则开启蓄热装置，利用蓄热介质贮存的热 热四种方式 [5] 。考虑到水资源的匮乏以及设备初投 量为室内供暖加温。系统内设置轴流风机作为动力 资等问题，地埋管蓄热在太阳能跨季节供暖中应用 设备用于热空气的输送，并且通过集热器出口和蓄 较多。土壤在大约 3m 以下深度可视为恒温介质 [6] ， 热体内部的温度传感器控制实现合理运行。当温差 并且土壤的体积热容量较大，可同时作为传热介质 ΔT ≥ 40℃ 时，系统自动启动，ΔT ≤ 40℃ 时，系 和储热介质。将太阳能热能利用和地下土壤蓄热相 统运行停止。 结合，不仅充分利用了过渡季的太阳辐射能，并且 太阳能空气集热器 提高了全年的太阳能利用率，克服了太阳能昼夜和 季节性变化等一系列问题，对保证太阳能利用的稳 定性具有现实意义。 通风管道 考虑到地下蓄热体内地埋管布置形式和送风参 数对土壤蓄热有着重要影响，本文通过建立三维地 埋管换热模型，针对地埋管动态换热特性进行研究， 分析了不同埋管间距、不同送风温差对系统蓄热性 能的影响。