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太阳能跨季节蓄热资讯:太阳能跨季节蓄热土壤系统的科学研究解析
 2020年02月17日 |阅读次数:61

太阳能跨季节蓄热资讯:太阳能跨季节蓄热土壤系统的科学研究解析


摘要:文中对太阳能跨季节蓄热土壤系统创建了根据当场试点城市的试验科学研究。以北京房山区某一精品工程为项目可行性,根据系统运作好多个月至今的具体运作数据统计分析,小结了在太阳能跨季节蓄热土壤蓄热期内,太阳光集热器高效率、土壤蓄热率、地底温度发展趋势及系统耗功等系统各一部分的特性转变;测算获得蓄热周期时间内土壤蓄热率约为93%,太阳能集热器高效率约为43%。


1 序言


大家都知道,太阳能存有动能不平稳、具备间断性和规律性等众多局限,进而使太阳能系统集中供暖立即运用受限制。跨时节蓄热太阳能集中供暖系统可根据保持太阳能在夏天、冬天中间的能量转移来保持供求平衡工程建筑集中供暖,因而具备一定的可行性分析。而土壤能够做为太阳能的优良蓄热体,夏天能够把产能过剩的太阳能发热量存储于土壤中,使土壤维持较为高的温度,冬天能够运用地埋管反方向获取土壤中存储的发热量。太阳能周期性土壤蓄热是把除冬天之外搜集的太阳能根据地埋管热交换器蓄存有土壤中,冬天再运用地埋管从土壤中取下发热量开展采暖,保持了太阳能周期性运用。周期性蓄热国外现有相近运用,比如澳大利亚卡尔加里市Okotoks小鎮某小区运用土壤做为储能技术体开展大规棋跨时节太阳能存储保持供暖采暖,而现阶段具体运作得出结论,太阳能集中供暖保证率早已超过100%。但在中国科学研究偏少,尚处在基础理论和仿真模拟科学研究环节。文中对太阳能跨季节蓄热土壤土壤特点开展了根据具体试点城市的科学研究解析。


2 太阳能跨季节蓄热土壤土壤试点城市系统详细介绍


该试点城市系统以北京房山区某一130㎡单层别墅为基本构建,系统电路原理图见图1,系统关键构成由三一部分构成:太阳能集热系统、地底土壤蓄热系统和尾端供暖系统,及其輔助系统运作的操纵系统和数据收集系统。该系统在非采暖期可以保持太阳能——土壤蓄热特点的检测;在采暖时节,根据太阳能短期内时刻采暖,在太阳能不够时根据闸阀转换保持土壤源反方向放热反应采暖;尾端系统为130㎡集中供暖总面积地采暖系统,共分成9个屋子,9路地采暖环路,操纵系统操纵全部系统的总体自启动,数据收集系统承担收集系统运作中的日辐照量、土壤温度、系统各一部分发热量等数据信息。

太阳能跨季节蓄热土壤土壤系统电路原理图

图1 太阳能跨季节蓄热土壤土壤系统电路原理图


系统运作的标准是:非采暖期(春、夏、秋)运用太阳能集热器搜集的发热量对地底土壤开展太阳能蓄热,采暖时节太阳能终止对地底蓄热,大白天辐照比较好的时候,优先选择运用太阳能集热器对屋子开展供暖,雨雪天和晚间根据土壤反方向获取发热量对屋子开展采暖,系统优先选择并灵活运用太阳能。


2.1 太阳能集热系统


太阳能集热系统安裝在客户房子屋顶,关键由并不是承受压力真空管太阳光集热器,循环泵和储水箱构成。其系统平面图如图所示2图示。集热物质(水)在循环泵的功效下,从储水箱底端刚开始注入集热器,消化吸收太阳辐射量热后流到储水箱顶端。系统设计方案观念为:非集中供暖时节,太阳能集热器搜集的发热量根据地底热交换器储存到土壤中,为冬天工程建筑集中供暖出示一部分热原。系统设计方案包含太阳能集热器的型号选择、集热器总面积的明确、缓存储水箱容量明确,集热循环泵的挑选、操纵及计量检定系统的挑选等。

太阳能集热系统平面图

图2 太阳能集热系统平面图


2.2 土壤传热系统


地埋管传热系统关键由地埋管集地暖分水器、地埋管循环泵及其布局于地底的埋管道井和温度观察井构成。地埋管井位布局如图所示3图示。系统共下设11口埋管道井,单口井井深15m,井间隔1m,打孔直徑150mm上下。罐内铺设DN25单U型管,将11个立井中的地埋管串联和并联联接,以原土与泥沙的混和浆做为回填充料。在埋管道井的上方6m×5m的地区内铺装250mm厚的隔热层,以降低蓄入的发热量从土层流失出来。隔热层的构造自土层往下先后为土沙混和层、聚苯保温板层、防水涂料层、沙及土的混和层,在其中聚苯保温板层的薄厚为200mm。因为蓄入发热量中可获取再运用的一部分关键存储在隔热层下列的地区,人们将6m×5m×14m(长×宽×深)由土壤、立井、地埋管热交换器及隔热层相互组成的一部分称之为地底蓄热体。下设a-f六口观察井,a、b、c、d、e、f井横着布局,依赖于钻井间隔的危害,地埋管井11与观察井e同用、埋管道井4与观察井b同用;观察罐内不一样深层(-3、-7、-11、-15m)各自埋PT100设温度控制器,对地底温度场开展时刻检测,温度控制器测试用例布局如图所示4图示。

试验井位平面图部位及深度图

图3 试验井位平面图部位及深度图


3 系统运作方法及数据信息计量检定方式


3.1 运作方式


太阳能集热力循环:


非采暖期选用24小时太阳能集热,土壤蓄热方式,检测期内,太阳能选用温度差操纵强制性循环系统,当集热器出入口温度与缓存储水箱底端温度的温度差高过7℃,循环泵P1刚开始循环系统,当二者温度差小于3℃时,离心水泵终止运作。


土壤蓄热循环系统:


土壤蓄热标准根据储水箱温度的标准分辨是不是对土壤开展供暖,设置一标准温度,当储水箱温度超过预设值时起动循环水泵P2,开展土壤蓄热,伴随着蓄热开展,储水箱温度降低,当储水箱温度小于土壤当期温度时,或是地埋管智能回水温度趋于于漏水温度时,终止蓄热。这儿注重的一点:伴随着土壤温度慢慢升高的发展趋势,储水箱设置地埋管传热循环系统的温度还要随着上升,(由最开始设置的50℃刚开始蓄热,提升到60℃刚开始蓄热),为利润最(zui)大化提高集中供暖蓄热实际效果,该主要参数的调整归属于动态性调整的全过程。另外用尽量较高温度的开水(高过土壤温度△20℃)开展地埋管传热,提升传热输出功率和传热实际效果。


3.2 系统数据收集


蓄热期内,数据收集系统每2分鐘收集一次数据信息,并根据根据互联网的方法发给网络服务器储存。搜集的基本数据类型归纳见下表1。


表1 数据收集系统收集基本数据类型

数据收集系统收集基本数据类型

4 试验結果解析和探讨


4.1 检测期内辐照解析状况


表2 北京市地区2017年3-6月太阳光每日辐照量(30°)

北京市地区2017年3-6月太阳光每日辐照量(30°)

4.2 24小时方式下,地埋管出入水温度及蓄热输出功率转变


图4、图5为24小时方式下,地埋管出入水温度及蓄热输出功率随時间的转变曲线图。从图5能够看得出,在刚开始蓄热时,蓄热输出功率持续上升发展趋势,接着趋向轻缓;蓄热期内地埋管出入口温度一直在迟缓提高,接着趋于平稳情况,地埋管進口温度在中午14:00-15:00上下超过最(zui)高值后刚开始减少,这关键由太阳辐射强度减少造成。蓄热期内地埋管進口温度与蓄热输出功率有基本相同的趋势分析,蓄热输出功率超过最(zui)高值的時间早些时候于進口温度超过最(zui)高值的時间。24小时蓄热方式下,该天系统软件蓄热输出功率最(zui)高值为26kW,日均值蓄热输出功率在16.8kW上下;地埋管企业传热输出功率约为100W/m,地埋管進口温度最(zui)高值在76℃上下,均值在67℃上下。

24小时蓄热时地埋管蓄热输出功率遍布曲线图

图4 24小时蓄热时地埋管蓄热输出功率遍布曲线图


24小时蓄热时地埋管蓄热输出功率遍布曲线图

图5 24小时蓄热时地埋管蓄热输出功率遍布曲线图


4.3 土壤蓄热场横着温度发展趋势


图6为土壤深层7m、不一样部位(距中(zhong)心点0m、1m、1.7m、2m)的温度分布,在其中TE和TF各自与地埋管11、4同用一口井,考虑到TE和TF土壤温度受地埋管危害,因而時间点取零晨5:00的温度,尽量防止地埋管大白天传热温度对土壤温度的危害。从图8中能够看得出,伴随着蓄热的持续开展,发热量根据地埋管热交换器传送给立井,使蓄热体內部不一样范畴土壤温度均有上升。同一時刻蓄热区中(zhong)心温度最(zui)大,并展现出先后向外温度越低的发展趋势,由图所知,在并未蓄热前(3月12日之前),土壤7m处不一样地区温度都为13℃,历经4、5、6月的蓄热全过程,中(zhong)心点观察井e,地底7m处土壤温度升高了△27℃,超过了40℃。在间距蓄热中(zhong)心1.7m的观察井d,地底7m处土壤温度也升高了△16℃,超过了29℃。且观察井d时单独检测井,与地埋管间隔很远,不会受到地埋管温度的危害。观察井a(2m)、观察井c(2.5m)的各自为与所述观察井d的温度发展趋势比较贴近,而离中(zhong)心比较远的观察井b(3m),温度测量升发展趋势则并不是很显著。从而推论该蓄热提的供热范畴在2.5m-3m中间。

土壤3-6月土壤7m深层不一样水准部位温度遍布对比曲线

图6 土壤3-6月土壤7m深层不一样水准部位温度遍布对比曲线


图7为土壤距中(zhong)心点1.7m部位、不一样深层(-3m、-7m、-9m、-11m)的温度分布,TC观察井为单独温度观察井,不会受到地埋管传热危害。从图8中能够看得出,伴随着蓄热的持续开展,发热量根据地埋管热交换器传送给立井,使蓄热体內部不一样范畴土壤温度均有上升。同一時刻蓄热区-3--11m的温度状况几近同样,-13m贴近于地埋管的底端,因而传热实际效果较弱。

土壤3-6月土壤距中(zhong)心点1.7m部位不一样深层温度遍布对比曲线

图7 土壤3-6月土壤距中(zhong)心点1.7m部位不一样深层温度遍布对比曲线


4.4 系统软件各一部分月积累得发热量状况解析


解析从3月12日系统软件蓄热运作到截至到6月30号蓄热运作数据信息开展解析,从太阳能发电月辐照量、集热器集发热量、集热效、土壤蓄热发热量,土壤蓄热高效率好多个层面数据信息开展数据统计分析测算,获得的数据信息见表3,从表格中可算出好多个依据:(1)集热器根据强制性温度差循环系统的方法和缓存储水箱开展传热循环系统,结合三个月的数据信息体现太阳能集热器的高效率在40%上下(包括管路热损害),且在系统软件运作前期,土壤温度较低,因而集热器、缓存储水箱,土壤三者中间都会一个温度相对性较低的区段开展工作中,伴随着土壤温度的慢慢上升,缓存储水箱的设置温度还要相对提升(由刚开始设置的50℃刚开始蓄热,中后期提高到60℃刚开始蓄热),造成三者都会温度上位运作,间接性危害了集热器的集热效,造成高效率有一定的减少(2)土壤在蓄热全过程中,土壤得发热量由缓存储水箱的发热量出示,蓄热期内的热损害在8%上下。


表3 系统软件各构件运作高效率解析

系统软件各构件运作高效率解析

备注名称:6月系统软件运作出現部分常见故障造成停止运营10天,系统软件数据信息受一部分危害。


5 结论


文中关键科学研究了太阳能发电-地埋管系统软件土壤蓄热的有关特点,解析获得以下依据:


(1)4、5、6月蓄热期内,蓄热体中(zhong)心温度由13℃升高到39℃,蓄热率约为90%;太阳光集热器的日均值集热效约为42%,在太阳光辐照充裕标准下(24MJ/㎡),日均值传热输出功率超过16.8kW,地埋管企业传热输出功率约为100W/m。地埋管相对性较高的漏水温度能够提升换热效。


(2)蓄热环节蓄热体內部不一样深层土壤温度均有上升,同一時刻蓄热体中(zhong)心温度遍布很不匀称,蓄热体向土层流失的发热量要超过向深层次土壤流失的发热量,蓄热期内土壤温度功效半经在3m上下。


(3)根据系统对蓄热期内土壤蓄热率、跨时节热损率、太阳光集热器高效率及系统软件耗功的综合性解析,说明应用太阳能发电—地埋管式土壤储热对系统太阳能发电长期性储存是彻底行得通的,显示信息出优良的运用市场前景。

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