浅谈热能存储技术在建筑采暖中的应用

浅谈热能存储技术在建筑采暖中的应用韩军（保定市长城房地产开发建设集团有限公司 河北保定 071000）摘要：本文主要对热能存储技术的主要类型和技术原理进行了简要介绍，讨论了建筑采暖系统中热能存储技术的应用现状及发展的趋势。关键词：热能存储技术;建筑采暖Abstract: This paper focuses on the thermal energy storage technology is themain type and technical principle are introduced, the application status anddevelopment of energy storage building heating system in the trend.Key words: thermal energy storage technology; building heating中图分类号：TK11 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）1 引 言随着我国电力工业的迅速发展，电网的峰谷差问题也日益凸显。70年代，瑞典首次提出建设大规模储热系统，对钢制储罐、空气等的余热处理、区域供热系统存储热能、季节性储热等问题进行了深入的研究。短期存储或季节性存储热能技术有助于进行用电负荷调节、处理电力调峰问题，生态效益好，因此建筑采暖中的热能存储技术受到广泛关注。2 热能存储技术类型热能储存实际上是处理热能供求之间的时间和空间不匹配的问题，通过一定的媒介，可将多余或者暂时空余的热能存储起来，以供不时之需的一项提高能源利用率的能源新技术。传统的热能储热技术包括显热储热、化学反应储热及潜热储热。显热储能是利用物质的温度变化实现热能存储的，要求储热介质具有较大的比热容，如岩石、砂、金属、水泥和砖等固体物质，水、导热油和熔融盐等液态物质。固态储热物质通常在填充床式蓄热系统中应用广泛，块状或圆球状的固态材料吸收流经填充床的过程中气体所携带热量，热量的释放也通过中间气体。水因其价廉、比热容大，在蓄热式电采暖锅炉中应用最为广泛，这种通过电加热装置直接加热液体介质来实现热能存储，热效率高。熔融盐具有高温易腐蚀，易泄漏、安全性较的性质，故其仅在太阳能发电系统中使用。化学反应储热是利用可逆的吸热化学反应来实现储热。其优点是储热密度高，储热时间长；缺点是循环效率低，成本高，规模小，且运行和维修费用高，在建筑采暖中应用较少。潜热储热又称相变存储技术，是利用物质发生相变时吸入和放出大量热量的特性来存储热能的方法。其优点是密度较高，体积小，有近似恒温的相变储热过程，储热系统效率较高；缺点是需要两个相互独立的液体循环回路和特殊设计的热处理器，相变材料的热扩散率和热容量较大且易出现过冷与晶液分离现象。此技术一般只在蒸汽锅炉蓄热器中应用，可实现建筑物采暖连续加热的生产过程。较成熟的潜热储热技术中常用石蜡、水合无机盐、无机盐及其共融混合物、单质金属及其合金等材料作为储能介质。室温至一百摄氏度以内的低温热存储可利用水合盐和石蜡作为介质，无机盐和金属可应用于中温至高温条件下的热能存储。建筑物采暖系统中的空调工程即是运用相变存储技术实现蓄热过程。蓄热技术根据热载体不同，又可分为水蓄热和相变材料蓄热两种。利用电阻式电热转换和电磁式电热转换过程来实现电能向为热能的转化。3热能储存技术在建筑采暖中的应用显热存储技术在建筑采暖中一般是通过水蓄热电锅炉系统来实现的，由抽水电站提供电能。现在也有利用压缩空气蓄能来蓄热，如建筑中的空调系统。压缩空气蓄能是利用电力系统峰荷时，压缩空气的存储能量来向系统供电；利用系统电力低谷时的富余电力和空气介质，通过空气压缩机储存能量，压缩空气蓄能电站提供电能。压缩空气蓄能系统包括空气压缩机、电动机/发电机、空气透平膨胀机、换热器、地下储气室及燃烧器等组分。相较于全球通用的抽水蓄能电站为主，压缩空气蓄能站受到自然条件的约束较小，排放量小，启动时间短，增减负荷速度快。且使用廉价的非峰荷电力压缩空气或少量的天然气或石油来加热空气，运行成本也低，适用性好。太阳能光热系统（包括热水及热空气系统两大系统）在建筑物采暖中的应用越来越广泛，可实现直接或间接的采暖、加热、干燥及提供生活热水等功能，节能环保，系统效率高。太阳能光热系统可利用显热存储技术或潜热存储技术两种方式实现储热。潜热存储一般利用太阳房技术，通过提高建筑围护结构对太阳热、地热等可再生能源的热量存储与释放，增大可资利用的太阳热量，从而降低建筑采暖与空调负荷，达到建筑节能。如在天花板及墙内侧应用定型潜热蓄热材料，典型的潜热存储介质如特隆布墙，可增强墙体的蓄放热能力，实现空气直接集热，从而达到调控室内温度环境和降低建筑能耗的目的。门窗结构中利用一种特制的百叶窗，白天打开吸收太阳热，夜晚关闭使房间与外界热绝缘，热量向室内单向供热。建筑物的天花板结构、地板也可以利用潜热存储材料来降低建筑采暖热负荷，如辐射式地板采暖系统，利用低温相变材料与高分子材料复合而成，可完成电负荷调峰或太阳热的蓄放热。5 结论热能储存技术可实现建筑采暖中的蓄热要求，有非常好的应用前景和广泛的用途，不仅可实现电网低谷蓄热采暖，降低运行成本，而且有相对完备的错峰用电设备，可促进谷期电力消费，满足建筑物的节能需求。参考文献：1柯秀芳,张仁元.热能储存技术及其在建筑供暖的应用J.电力需求侧管理,2003,(04):57-59.2程襄武.太阳能光热热量存储技术的工程节能应用J. 科技信息,2010,(35):703-704+697.3杨建平.太阳能居住建筑采暖系统优化决策及市场化推广研究D.西安建筑科技大学,2010.4张晓晖.电采暖技术与应用的研究D.东北农业大学,2003.5