Войти
Сезонное накопление тепловой энергии (или СТЭС ) - хранение тепла или холода на период до нескольких месяцев. Тепловая энергия может собираться всякий раз, когда она доступна, и использоваться по мере необходимости, например, в противоположное время года. Например, тепло от солнечных коллекторов или отработанное тепло от оборудования для кондиционирования воздуха можно собирать в жаркие месяцы для отопления помещений, когда это необходимо, в том числе в зимние месяцы. Отработанное тепло производственного процесса аналогичным образом можно хранить и использовать гораздо позже. Или естественный холод зимнего воздуха можно сохранить для летнего кондиционирования воздуха. Магазины СТЭС могут обслуживать системы централизованного теплоснабжения, а также отдельные здания или комплексы. Среди сезонных хранилищ, используемых для отопления, расчетные пиковые годовые температуры обычно находятся в диапазоне от 27 до 80 ° C (от 81 до 180 ° F), а разница температур, возникающая в хранилищах в течение года, может составлять несколько десятков градусов. В некоторых системах используется тепловой насос для зарядки и разрядки накопителя во время части или всего цикла. Для охлаждения часто используются только циркуляционные насосы. Менее распространенным термином для технологий STES является межсезонное накопление тепловой энергии.
Примеры для центрального отопления включают Drake Landing Solar Community, где наземное хранение обеспечивает 97% годового потребления без тепловые насосы и датские водохранилища с наддувом.
Существует несколько типов технологии STES, охватывающих диапазон приложений от отдельных небольших зданий до общественных сетей централизованного теплоснабжения. Как правило, эффективность увеличивается, а удельная стоимость конструкции уменьшается с размером.
В Нидерландах имеется более 1000 систем ATES, которые сейчас являются стандартным вариантом строительства. В колледже Ричарда Стоктона (Нью-Джерси) уже несколько лет работает важная система. ATES имеет более низкую стоимость установки, чем BTES, потому что обычно просверливается меньше отверстий, но ATES имеет более высокие эксплуатационные расходы. Кроме того, ATES требует наличия определенных подземных условий, включая наличие водоносного горизонта.
Пласты могут быть чем угодно, от песка до кристаллических твердых пород, и в зависимости от инженерных факторов глубина может составлять от 50 до 300 метров (от 164 до 984 футов). Расстояния варьировались от 3 до 8 метров (от 9,8 до 26,2 футов). Тепловые модели могут использоваться для прогнозирования сезонных колебаний температуры в земле, включая установление стабильного температурного режима, который достигается за счет согласования входов и выходов тепла в течение одного или нескольких годовых циклов. Сезонные накопители тепла с теплой температурой могут быть созданы с использованием скважинных полей для хранения излишков тепла, улавливаемого летом, для активного повышения температуры больших тепловых берегов почвы, чтобы тепло можно было легче (и дешевле) извлекать зимой. Межсезонная передача тепла использует воду, циркулирующую в трубах, встроенных в асфальтовые солнечные коллекторы, для передачи тепла тепловым банкам, созданным на полях скважин. Зимой используется геотермальный тепловой насос для извлечения тепла из теплового банка для обогрева помещений с помощью полов с подогревом. Высокий коэффициент полезного действия достигается за счет того, что тепловой насос запускается с теплой температурой 25 ° C (77 ° F) от теплового аккумулятора, а не с холодной температурой 10 ° C (50 ° F) от земли. BTES, работающая в колледже Ричарда Стоктона с 1995 года при пике температуры около 29 ° C (84,2 ° F), состоит из 400 скважин глубиной 130 метров (427 футов) под стоянкой площадью 3,5 акра (1,4 га). Потеря тепла составляет 2% за шесть месяцев. Верхний предел температуры для магазина BTES составляет 85 ° C (185 ° F) из-за характеристик трубы PEX, используемой для BHE, но большинство из них не приближается к этому пределу. Скважины могут быть заполнены раствором или водой, в зависимости от геологических условий, и обычно имеют ожидаемый срок службы более 100 лет. Как BTES, так и связанную с ней систему централизованного теплоснабжения можно постепенно расширять после начала эксплуатации, как в Неккарзульме, Германия. Магазины BTES обычно не влияют на использование земли и могут располагаться под зданиями, сельскохозяйственными полями и автостоянками. Пример одного из нескольких видов СТЭС хорошо иллюстрирует возможность межсезонного накопления тепла. В Альберте, Канада, дома Drake Landing Solar Community (в эксплуатации с 2007 года) получают 97% своего круглогодичного тепла от системы централизованного теплоснабжения, которая снабжается солнечным теплом от солнечно-тепловой энергии. панели на крышу гаража. Этот подвиг - мировой рекорд - стал возможен благодаря межсезонному хранению тепла в большой массе естественной породы, которая находится под центральным парком. Теплообмен происходит через группу из 144 скважин, пробуренных на глубине 37 метров (121 фут) в земле. Каждая скважина имеет диаметр 155 мм (6,1 дюйма) и содержит простой теплообменник из пластиковой трубы малого диаметра, по которой циркулирует вода. Тепловые насосы не используются.
Программа Международного энергетического агентства Сохранение энергии посредством накопления энергии (ECES) проводит каждые три года глобальные конференции по энергетике с 1981 г. Изначально конференции были посвящены исключительно STES, но теперь, когда эти технологии достигли зрелости, обсуждаются и другие темы, такие как материалы с фазовым переходом (PCM) и накопление электроэнергии. С 1985 года каждая конференция имеет в конце названия «запас» (для хранения); например EcoStock, ThermaStock. Они проходят в разных местах по всему миру. Самыми последними из них были InnoStock 2012 (12-я Международная конференция по хранению тепловой энергии) в Лериде, Испания, и GreenStock 2015 в Пекине. EnerStock 2018 будет проходить в Адане, Турция, в апреле 2018 года.
Программа IEA-ECES продолжает работу более раннего Международного совета по хранению тепловой энергии, который с 1978 по 1990 год выпускал ежеквартальный информационный бюллетень и первоначально спонсировался Министерство энергетики США. Информационный бюллетень первоначально назывался «Информационный бюллетень ATES», а после того, как технология BTES стала возможной, его заменили на «Информационный бюллетень STES».
В небольших зданиях с пассивным обогревом обычно используется почва, прилегающая к зданию, в качестве низкотемпературного сезонного накопителя тепла, который в годовом цикле достигает максимальной температуры, аналогичной средней годовой температуре воздуха, с понижением температуры для обогрева в более холодные месяцы. Такие системы являются особенностью проектирования зданий, поскольку необходимы некоторые простые, но существенные отличия от «традиционных» зданий. На глубине около 20 футов (6 м) в почве температура, естественно, стабильна в течение круглогодичного диапазона, если просадка не превышает естественную способность солнечного восстановления тепла. Такие системы хранения работают в узком диапазоне температур хранения в течение года, в отличие от других систем STES, описанных выше, для которых предусмотрены большие годовые перепады температур.
Две основные технологии пассивного солнечного строительства были разработаны в США в 1970-х и 1980-х годах. Они используют прямую теплопроводность к и от теплоизолированной, защищенной от влаги почвы в качестве сезонного накопителя для отопления помещений, с прямой теплопроводностью в качестве метода возврата тепла. В одном методе «пассивного годового накопления тепла» (PAHS) окна здания и другие внешние поверхности улавливают солнечное тепло, которое путем теплопроводности передается через полы, стены и иногда через крышу в прилегающую термически забуференную почву.
Когда внутренние помещения холоднее, чем носитель, тепло возвращается обратно в жилое пространство. Другой метод, «годовая геотермальная солнечная энергия» (AGS), использует отдельный солнечный коллектор для сбора тепла. Собранное тепло передается в накопитель (почва, гравий или резервуар для воды) либо пассивно за счет конвекции теплоносителя (например, воздуха или воды), либо активно путем его откачки. Этот способ обычно реализуется при мощности, рассчитанной на шесть месяцев нагрева.
Ряд примеров использования аккумуляторов солнечной энергии по всему миру: Suffolk One колледж в Восточной Англии, Англия, который использует тепловой коллектор из трубы, проложенной в автобусе. Поворотная площадка для сбора солнечной энергии, которая затем хранится в 18 скважинах глубиной 100 метров (330 футов) для использования в зимнем обогреве. Drake Landing Solar Community в Канаде использует солнечные тепловые коллекторы на крышах гаражей 52 домов, которые затем хранятся в рядах скважин глубиной 35 метров (115 футов). Земля может нагреваться до температуры выше 70 ° C, которая затем используется для пассивного обогрева домов. Схема успешно работает с 2007 года. В Brdstrup, Дания, около 8000 квадратных метров (86000 квадратных футов) солнечных тепловых коллекторов используются для сбора примерно 4 000 000 кВт / ч в год, аналогичным образом хранящихся в группе из 50 метров. (160 футов) глубокие скважины.
Архитектор Матиас Гутаи получил грант ЕС на строительство дома в Венгрии, в котором используются обширные стеновые панели, заполненные водой, в качестве коллекторов тепла и резервуаров с подземной теплонакопительной водой. танки. В конструкции используется микропроцессорное управление.
Ряд жилых и небольших многоквартирных домов продемонстрировали объединение большого внутреннего резервуара для воды для хранения тепла с установленными на крыше солнечно-тепловыми коллекторами. Температуры хранения 90 ° C (194 ° F) достаточно для подачи горячей воды и отопления помещений. Первым таким домом был MIT Solar House # 1 в 1939 году. В 1989 году был построен восьмиквартирный жилой дом в Обербурге, Швейцария с тремя резервуарами общей площадью 118 м². (4 167 кубических футов), которые накапливают больше тепла, чем требуется зданию. С 2011 года этот дизайн воспроизводится в новых зданиях.
В Берлине «Дом с нулевой тепловой энергией» был построен в 1997 году в рамках задания МЭА. 13 демонстрационный проект энергоэффективного жилья. Он хранит воду с температурой до 90 ° C (194 ° F) в резервуаре длиной 20 м (706 кубических футов) в подвале.
Аналогичный образец был построен в Ирландии в 2009 году. как прототип. Сезонный накопитель солнечной энергии состоит из резервуара емкостью 23 м (812 куб. Футов), наполненного водой, который был установлен в земле и надежно изолирован со всех сторон для хранения тепла от эвакуированных солнечных труб в течение года. Система была установлена в качестве эксперимента для обогрева первого в мире стандартного сборного дома пассивного дома в Голуэе, Ирландия. Цель состояла в том, чтобы выяснить, будет ли этого тепла достаточно, чтобы исключить потребность в электричестве в и без того высокоэффективном доме в зимние месяцы.
СТЭС также широко используется для отопления теплиц. ATES - это тип хранилища, обычно используемый для этого приложения. Летом теплицу охлаждают грунтовыми водами, откачиваемыми из «холодного колодца» в водоносный горизонт. При этом вода нагревается и возвращается в «теплый колодец» водоносного горизонта. Когда теплице требуется тепло, например, чтобы продлить вегетационный период, вода забирается из теплого колодца, охлаждается, выполняя свою функцию обогрева, и возвращается в холодный колодец. Это очень эффективная система естественного охлаждения, в которой используются только циркуляционные насосы, а не тепловые насосы.
