适用于变温热源的固液联合储热方法技术

本发明专利技术公开了一种能够适用于变温热源的地下固液联合储热方法，储热系统包括储热水箱、下位水管、上位水管、储热砾石、抽灌井、隔水保温层、变温热源、高温取热器、低温取热器、控制器、循环泵、温度传感器、压力传感器、阀门。本发明专利技术基于热源温度在高温区和低温区之间变化，以水箱和砾石层作为联合储热体，热源的高温区热量储存于水箱中，低温区热量储存于砾石层中，以此实现双温区储热，水箱处于砾石层中，通过构造缓和的温度梯度，有效保护了水箱高温的核心热量，可根据用户热量需求，分别从高、低温两种储热体换热，实现能量品质的合理利用。实现能量品质的合理利用。实现能量品质的合理利用。

【技术实现步骤摘要】
适用于变温热源的固液联合储热方法


[0001]本专利技术属于地下储热利用
，特别涉及变温热源的储热问题。

技术介绍

[0002]对比其他的储热介质，水具有较大的比热容，且换热强度易于控制，因此水体储热一直是地下储热技术的主要形式。该技术普遍采用地面直接开挖储热水池，水池内铺设防水层，顶部设置浮顶结构用于保温隔热，依靠水的浮力支撑水池顶部结构，但是这种结构承重能力小，上层无法再种植植被或建设任何的建筑物或构筑物，因此这种浮顶式储热水池的占地不能被有效利用，引起土地使用成本增高，这为在城镇周边推广该技术带来很大难度。为克服水体储热技术在这方面的不足，可在其内部添加砾石以增强支撑作用，使得水池占地可被利用，从而降低用地成本。为此，本专利技术提出以水体储热为主，砾石储热为辅的固液联合储热技术。
[0003]在应用过程中，诸如太阳能、工业余热等作为热源进行储热时，其温度并非恒定不变，一般呈周期性波动或随环境、生产规模的变化而波动。这种输出温度在高温区和低温区之间变化的热源，可称为变温热源。如果储热介质温度超出热源低温区，那么当热源处于低温区工作时，便无法再对介质进行储热，由此造成热源热量损失。在热用户端，特别是冬季居民用热需求，对温度的要求往往也存在差异，比如采暖供热要求取热温度高于80℃，而生活热水的取热温度一般50~60℃即可满足要求。如果从同一储热介质进行取热，则存在能量品质的“高位低用”问题，从用能品质角度来看，是不合理的。
[0004]因此，可结合固液联合储热两种介质的特点，对变温热源进行双温区储热，同时，在取热时也按双温区进行用热。这样，将不同温位的热量分开储存和利用，既有助于低温区的热量得以全部存储，也有利于重点保护高品质热量，又可以满足不同热用户的需求，提升能源品质利用的合理性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种能够适用于变温热源的地下固液联合储热方法。该方法基于热源温度在高温区和低温区之间变化，以水箱和砾石层作为联合储热体，热源的高温区热量储存于水箱中，低温区热量储存于砾石层中，以此实现双温区储热，水箱处于砾石层中，通过构造缓和的温度梯度，有效保护了水箱高温的核心热量，可根据用户热量需求，分别从高、低温两种储热体换热，实现能量品质的合理利用。
[0006]实现上述目的的技术方案是：该地下固液联合储热系统包括储热水箱、下位水管、上位水管、储热砾石、第一抽灌井、第二抽灌井、隔水保温层、变温热源、高温取热器、低温取热器、控制器、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、储热出口温度传感器、储热入口温度传感器、热源温度传感器、水箱压力传感器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门。所述储热水箱为圆柱形，置于储热砾石层内，所述下位水管和上位水管分别置于储
热水箱下部和上部，所述储热砾石为60～200mm粒径的卵石层，便于水在其孔隙中流通，同时将其布置为可承重结构，将上覆压力传递到地下，所述第一抽灌井和第二抽灌井置于储热砾石层内，对称分布在储热水箱两侧，所述隔水保温层置于储热砾石与原位土壤之间，所述变温热源可为太阳能或工业余热换热器，所述高温取热器和低温取热器均为换热器，连接储热系统与热用户，所述控制器连接各传感器、阀门以及循环泵，所述第一循环泵连接下位水管、第一抽灌井和变温热源，所述第二循环泵连接上位水管和高温取热器，所述第三循环泵连接第二抽灌井和低温取热器，所述储热出口温度传感器置于下位水管和第一抽灌井的出口管路，所述储热入口温度传感器置于上位水管和第二抽灌井的入口管路，所述热源温度传感器置于变温热源内部，所述水箱压力传感器置于水箱内部顶端，所述第一阀门～第十三阀门为常闭电磁阀。
[0007]本专利技术的有益效果是：通过将水箱储热和砾石层储热两种方式结合起来，使其不但具备承重能力，降低用地成本，而且可采用双温区储热模式，以此将变温热源的低温区热能全部利用，同时高温和低温储热体的结合，与地下环境易形成较为缓和的温度梯度，可有效降低热损耗，最后在取热时，两储热体可独立放热，满足不同热用户需求，改善能量品质的利用合理性。
附图说明
[0008]图1为本专利技术系统原理示意图。
[0009]图2为本专利技术系统工作流程示意图。
具体实施方式
[0010]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明：如图1所示，该地下固液联合储热系统包括储热水箱1、下位水管2、上位水管3、储热砾石4、第一抽灌井5、第二抽灌井6、隔水保温层7、变温热源8、高温取热器9、低温取热器10、控制器11、第一循环泵P1、第二循环泵P2、第三循环泵P3、储热出口温度传感器T1、储热入口温度传感器T2、热源温度传感器T3、水箱压力传感器T4、第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第九阀门V9、第十阀门V10、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13。其特征在于储热水箱1以水为介质存储热量，所述下位水管2和上位水管3向储热水箱1内供水或抽水，以实现储热或取热，所述储热砾石4承受上部荷载，与储热水箱1构成联合储热体，所述第一抽灌井5和第二抽灌井6均配有透水罩，向砾石层内供水和抽水，以实现储热或取热，所述隔水保温层7阻隔热量和水分从储热砾石4传递到原位土壤中，所述变温热源8向储热体供给热量，所述高温取热器9从储热水箱1中获取高温热能，所述低温取热器10从储热砾石4中获取低温热能，所述控制器11通过接受各传感器信号控制各阀门以及循环泵的通断，所述第一循环泵P1为储热循环提供动力，所述第二循环泵P2和第三循环泵P3分别为水箱和砾石层取热循环提供动力，所述储热出口温度传感器T1和储热入口温度传感器T2分别用于监测储热体的出口和入口温度，所述热源温度传感器T3用于监测热源温度，所述水箱压力传感器T4用于监测水箱内压力，所述第一阀门V1～第十三阀门V13通过配合用于实现系统的双温区储热和取热功能。
[0011]本专利技术工作原理：结合图1和图2说明本专利技术的工作原理，储热系统工作模式包括
高温储热、低温储热、双温位取热。在储热模式下，系统通过设定水箱储热温度T
h
来转换高温储热和低温储热模式，当变温热源8温度高于T
h
时，系统将热源热量储存至储热水箱1，当变温热源8温度低于T
h
时，系统将热源热量储存至储热砾石4，实现热能分级储存。在取热模式下，储热水箱1将高温储热量输送至高温取热器9，同时，储热砾石4将低温储热量输送至低温取热器10，实现热能分级利用。
[0012]高温储热模式：该模式将热源的热量存储至水箱中，循环水流经设备路径为：1
→2→
V2
→
P1
→
V7
→8→
V8
→
V1
→3→
1。具体实施方式：初始状态下，所有循环泵和阀门均处于关闭状态，当变温热源8温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于变温热源的地下固液联合储热方法，其特征在于以储热水箱（1）和储热砾石（4）作为联合储热体，水箱置于砾石层内部，储热水箱（1）作为高温储热体，储热砾石（4）作为承重结构和低温储热体，通过设定水箱储热温度T
h
来转换高、低温储热模式，当变温热源（8）温度高于T
h
时，系统将热源热量储存至储热水箱（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有镗，徐超，刘旭阳，翟鲲鹏，李成宇，姜朋朋，付士宾，何梦遥，
申请(专利权)人：山东胜利通海集团东营天蓝节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：