一种土水复合跨季储能装置

本技术属于储能，尤其是一种土水复合跨季储能装置。

背景技术：

1、热能应用是一次能源占比最大的转化模式，特别是冬季供暖用的热能来源，约占到世界上一次能源消费量的1/4还要多，给世界各国带来极大的环保压力和经济压力。太阳能供暖是既可以免费使用又排放为零的一种能源，但在采暖季却是太阳辐照的淡季，又不能做到稳定～连续供给，所以难以成为供暖主力能源。非采暖季尤其是夏季太阳辐照非常强烈，却因为与采暖季时间上的不同步难以被发挥作用。太阳能以外，工农业生产所产生的大量余热和废热也同样存在因为和供暖需求时间不匹配而被白白扔掉的问题。大力发展太阳能和余热废热的跨季储存技术，在采暖季对冲化石能源用量有明显的经济和环保价值。

2、在既有跨季储热技术中，按储热载体 不同可分为“水体储热”和“土壤储热”两大分支。水体储热通过把外来热流输入人造的地面储热水罐或人造的地下储热水池中直接储存热量；土壤储热情则把外来热流通过埋设在众多地下钻孔中的u型pe管的管壁换热到周边土壤介质中来储存热量。两种不同的储存方式决定了它们各具有不同的优缺点。水既是地球上比热容最大也是地面赋存量最多的一种物质，热传导能力极强。因此水体储能有以下优点，一是储能密度高，同样体积下储热量最大。二是存储和取用过程效率极高，几无迟滞效应 ，是一种理想的储热介质。缺点是需要建造巨型储水罐或储水池，工程土方量和占地空间都比较大，既要防止渗漏又要防止散热损失，特别是巨型水池的漂浮顶盖，面积很大既要求强度，重量又不能太重，技术难度很大。所以水储热工程投资比较大。

3、土壤储热的优缺点和水储热正好相反，土壤的比热容不到水的一半，热传导特性更只是水的几百分之一，让整个储热场达到热平衡往往需要四到五年的时间。即使已存入土壤的能量也存在不能全量取出的弊端，运行效率比水储热低很多，这也是至今土壤储热发展远落后于水储热的原因。它的优点是建造同等储热量储能体的成本比水储热低，因为占整个储热场空间99.9%的土壤是就地取用，几乎属于零成本。只有占总容积不足千分之一的地埋管需要斥资购买和施工置埋，相比水储热的挖水池、做防水和加顶盖成本节约不少。且储热场深埋于冻土层以下，有厚厚地表土壤层覆盖，长时期储能散热量极低。建成后不占用任何地表空间，这些优势也不应被忽视。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于找到一种能够既克服两种储热方式的缺点，又能吸收各自的优点，简单说就是要提供一种既有高效率又能降成本的储能技术路径，以解决背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种土水复合跨季储能装置，包括地埋储能体，所述地埋储能体包括水与土壤两种载体，在土壤储热场中等距埋进多个口径大于进出水管的储水立管；

3、跨季储能装置还包括地上和地下两大部分，地上部分包括能量输入端出水口和能量输入端回水口，地下设施包括：土壤储能体、地埋水储能井管和布水管路管件。

4、优选的，所述储水立管上下两端有封闭端盖。

5、优选的，所述封闭端盖包括上端盖和下端盖。

6、优选的，所述上端盖留有进出水口，其中一个水口的内接水管要延伸到井管的靠近下端盖的部位。

7、优选的，当所述输入端输入的能量形式为冷量时，能够工作在储冷供冷模式，储冷供冷模式下要求控制器执行降温程序控制。

8、优选的，当所述输入端接入的是具有感知外界冷热两种量变能力的阵列元件时，能够工作在冷热联储联供模式。

9、优选的，所述冷热联储联供模式下，前端集冷集热共享，后端储冷储热分立。

10、优选的，跨季储能装置还包括由一套温控仪的输出同时驱动两只常开及两只常闭电动球阀的管路结构，利用共轭原理来保证各自水流路径互不串扰。

11、优选的，设置室外设备不工作时存水排空功能，这由与水泵电气并联的常开电动阀在水泵断电时打开回流通道来完成。

12、与现有技术相比，本实用新型的技术效果和优点：

13、该土水复合跨季储能装置，土水混合储相比土壤储能热的比较优势：首先是换热效率已不在同一个层级，土壤储热靠的是一个个井孔中的pe管管壁向土壤换热，管径越大总的换热面积越大，换热效率越高，一般使用dn32pe管通过u型接头实现单井双管换热，等效于单根dn64pe管换热面积。土水复合储热采用的是口径要大于pe管很多倍的金属储能井管管壁向土壤换热，假设设计井管直径为dn650的薄壁金属管的话，则其管壁周长就为dn64管的10倍，同样的钻井深度和眼数条件下它的总换热面积就是土壤储能的10倍，容水量更是增加了100倍（参见附图2，图中左为土水储热，右为土储热）。换热通道宽度扩大多少倍，同等时间内储进和取出能量就也扩大多少倍。由此，储热达到体温度平衡周期不再需要几年而只是几个月，取热时那种场体温度显示值很高而出水温度却很低的现象也不会再出现。

技术特征：

1.一种土水复合跨季储能装置，包括地埋储能体，所述地埋储能体包括水与土壤两种载体，其特征在于：在土壤储热场中等距埋进多个口径大于进出水管的储水立管；

2.根据权利要求1所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：所述储水立管上下两端有封闭端盖。

3.根据权利要求2所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：所述封闭端盖包括上端盖和下端盖。

4.根据权利要求3所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：所述上端盖留有进出水口，其中一个水口的内接水管要延伸到井管的靠近下端盖的部位。

5.根据权利要求4所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：当所述输入端输入的能量形式为冷量时，能够工作在储冷供冷模式，储冷供冷模式下要求控制器执行降温程序控制。

6.根据权利要求5所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：当所述输入端接入的是具有感知外界冷热两种量变能力的阵列元件时，能够工作在冷热联储联供模式。

7.根据权利要求6所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：所述冷热联储联供模式下，前端集冷集热共享，后端储冷储热分立。

8.根据权利要求7所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：跨季储能装置还包括由一套温控仪的输出同时驱动两只常开及两只常闭电动球阀的管路结构，利用共轭原理来保证各自水流路径互不串扰。

9.根据权利要求8所述的一种土水复合跨季储能装置，其特征在于：设置室外设备不工作时存水排空功能，这由与水泵电气并联的常开电动阀在水泵断电时打开回流通道来完成。

技术总结
本技术公开了一种土水复合跨季储能装置，属于储能技术领域，把非采暖季的太阳能或工农业余热废热储存起来，到了采暖再释放出来以减少化石能源消耗量的一项节能环保技术手段，通常储热载体有土壤和水两种，水储热存取效率高但建造成本也高，土储热存取效率低，建造成本也低，本发明吸收两种储热方式的优点，利用增加多根加粗的储水立管来增加土壤储热体中水储容积占比的手段，收到既提高了储存提取效率又降低了建造成本的双重效果。在此基础上，更进一步扩展了“跨季储冷”和“一套系统冷热联供”两种创新应用模式，为实现“非电非热制冷”和“零能恒温建筑”两大目标扫清了技术和成本障碍。

技术研发人员：徐伟燕,涂洁磊,刘祖明,徐宁
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：20230614
技术公布日：2024/1/15