短期和長期儲熱的住宅太陽能系統(tǒng)
編譯 陳講運(yùn) 作者Jan Diriken Jad Al & Koussa
Oud-Heverlee住宅示范項(xiàng)目的能源系統(tǒng)配備了用于儲熱的不同類型的熱水容器。這些存儲單元與太陽能集熱器相結(jié)合，有助于提高產(chǎn)量以及滿足當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的可再生能源的自耗。顯然，太陽能集熱器的產(chǎn)熱量與熱能需求之間的不匹配在于不同的時(shí)間尺度上。一方面，每天的產(chǎn)熱高峰出現(xiàn)在中午左右，而早晨和晚上則最需要生活熱水（DHW）和空間供暖（SH）的需求。因此，需要短期存儲來彌合這一差距。另一方面，在每年的規(guī)模上，夏季的太陽能熱水生產(chǎn)能力最大，而此時(shí)空間供暖需求低或根本用不上。而季節(jié)性儲熱是一種可以通過存儲夏季熱量在冬季使用的解決辦法。編譯 陳講運(yùn) 作者Jan Diriken Jad Al & Koussa
在該示范項(xiàng)目中，住宅建筑的能源系統(tǒng)配備了400L太陽能鍋爐，可提供DHW和兩個(gè)相同的12 m3地下季節(jié)性儲罐。所有存儲系統(tǒng)都可以與太陽能集熱器主回路進(jìn)行熱交換。長期存儲熱能是最便宜，最方便，最明智的供熱選擇，它的一個(gè)問題是會給周圍環(huán)境加熱，這可能會妨礙其適用性。
在H2020 STORY項(xiàng)目中，廣泛監(jiān)控的能源系統(tǒng)提供了監(jiān)控這些存儲單元，以及開發(fā)儲能狀態(tài)（SOC）方法和估計(jì)其在運(yùn)行期間的能量提供的理想機(jī)會。這些對于有效控制系統(tǒng)非常重要。
此文在更新中，我們報(bào)告將與這些存儲單元有關(guān)的最新發(fā)展和發(fā)現(xiàn)。
長期存儲的熱能如何應(yīng)用？
季節(jié)性儲罐可用于多種情況，包括為不同的DHW儲罐（室內(nèi)和室外）儲熱以及為室內(nèi)供暖的室內(nèi)供熱儲罐儲熱。在每種情況下，可以選擇只使用季節(jié)性存儲的熱量，還是在為季節(jié)性儲罐儲能之前優(yōu)先使用太陽能收集器的熱量。
在上述任何情況下，季節(jié)性儲罐中提取的熱量的溫度都必須超過所需應(yīng)用的所需溫度。在進(jìn)行空間加熱的情況下，通常為40至45°C，而對于DHW生產(chǎn)則更高：45至55°C，具體取決于用戶的需求。
在2017-2018年中，季節(jié)性儲罐在夏季進(jìn)行了儲能，在供暖季節(jié)處于閑置狀態(tài)，以評估損失和對存儲效率的影響。在下圖1中顯示一個(gè)選定的儲能周期的實(shí)例，顯示7月中旬達(dá)到最高平均罐內(nèi)溫度為63°C。
儲罐中的平均溫度[1]穩(wěn)定下降，并在2017年11月之前降至40°C以下。因此，在冬季的大部分時(shí)間里都無法直接使用儲罐。罐中剩余的能量仍可以用作室內(nèi)熱泵的低溫?zé)嵩?，以替代淺層地?zé)?/a>源。目前尚無此替代案例。
圖1 2017 3月31日-2018年6月1之間平均每天罐溫度ST
由于這是該地下季節(jié)性存儲系統(tǒng)的首次運(yùn)行，因此應(yīng)在上述結(jié)論中添加一些注意事項(xiàng)。在地下溫度穩(wěn)定之后，預(yù)計(jì)損失將不很明顯。同樣，儲能周期結(jié)束時(shí)系統(tǒng)的溫度將在確定可以有效使用存儲系統(tǒng)多長時(shí)間的過程中發(fā)揮作用。為更好了解這一點(diǎn)，圖2顯示了不同初始條件下，閑置狀態(tài)下季節(jié)性存儲的估計(jì)平均溫度與時(shí)間的關(guān)系。
圖2：在不同初始條件下，閑置模式下季節(jié)性存儲系統(tǒng)的估計(jì)平均溫度衰減
圖3是圖2的另一種表現(xiàn)形式，顯示了在一組初始條件下，水箱平均溫度超過設(shè)定最小值（不同顏色）的天數(shù)。如果可以提高最大儲熱溫度，則這些儲罐的確可以用于較長時(shí)間的直接加熱。每提取的1kWh熱量，儲罐平均溫度降低0.07°C。
圖3：閑置時(shí)平均存儲溫度高于給定最低溫度的天數(shù)。在x軸上分開了不同的初始條件，每個(gè)條形表示一個(gè)設(shè)定的最低溫度。
短期存儲的表現(xiàn)如何？
400升太陽能鍋爐在專用房間中，并配備有內(nèi)部熱交換器（表面1.5 m2），該內(nèi)部熱交換器為水箱儲能，該水箱可以用于太陽能集熱器或是季節(jié)性儲水箱。水箱內(nèi)安裝了一個(gè)定制的溫度測量裝置，其包含7個(gè)等距點(diǎn)傳感器，用于監(jiān)測儲罐內(nèi)不同高度的溫度。為了開發(fā)和驗(yàn)證SOC測定方法，已對水箱進(jìn)行了一系列測試（如圖4所示）：儲能，釋放能，空載以及同時(shí)儲能和釋放能。
圖4：一系列儲能，空載和釋放能測試期間DHW儲罐中間的溫度
進(jìn)一步詳細(xì)查看，圖5顯示了負(fù)載和閑置循環(huán)，在此循環(huán)期間，將儲罐填充至83°C的溫度并使其冷卻。儲罐的周圍溫度也受到監(jiān)控，并在第二坐標(biāo)Y軸上繪制。可以看到，在均勻地儲熱儲罐之后，冷卻以不同的速率發(fā)生，并且儲罐的分層清晰可見。
圖5：DHW儲罐的裝載和空載。傳感器p1-p7分別從頂部到底部（左y軸）顯示不同高度的水溫，右y軸顯示室溫。
圖6：DHW儲罐的裝載和空載。傳感器p1-p7分別從頂部到底部（左y軸）顯示不同高度的水溫，室溫顯示在右y軸。
此外，圖6示出了同時(shí)以較低的速率對儲罐進(jìn)行放能和充能的情況?？梢钥吹剑攲臃拍芊浅？欤渌麑泳o隨其后。由于在罐的底部存在熱交換器，因此從圖中可以清楚地看出，下層的流動速率低于頂層的速率。
[1]在一個(gè)空載間，兩個(gè)傳感器之間的最大差值不超過2°C
原文鏈接http://horizon2020-story.eu/short-and-long-term-thermal-energy-storage-in-a-residential-setting/
