短期和长期储热的住宅太阳能系统
编译 陈讲运 作者Jan Diriken Jad Al & Koussa
Oud-Heverlee住宅示范项目的能源系统配备了用于储热的不同类型的热水容器。这些存储单元与太阳能集热器相结合，有助于提高产量以及满足当地生产的可再生能源的自耗。显然，太阳能集热器的产热量与热能需求之间的不匹配在于不同的时间尺度上。一方面，每天的产热高峰出现在中午左右，而早晨和晚上则最需要生活热水（DHW）和空间供暖（SH）的需求。因此，需要短期存储来弥合这一差距。另一方面，在每年的规模上，夏季的太阳能热水生产能力最大，而此时空间供暖需求低或根本用不上。而季节性储热是一种可以通过存储夏季热量在冬季使用的解决办法。编译 陈讲运 作者Jan Diriken Jad Al & Koussa
在该示范项目中，住宅建筑的能源系统配备了400L太阳能锅炉，可提供DHW和两个相同的12 m3地下季节性储罐。所有存储系统都可以与太阳能集热器主回路进行热交换。长期存储热能是最便宜，最方便，最明智的供热选择，它的一个问题是会给周围环境加热，这可能会妨碍其适用性。
在H2020 STORY项目中，广泛监控的能源系统提供了监控这些存储单元，以及开发储能状态（SOC）方法和估计其在运行期间的能量提供的理想机会。这些对于有效控制系统非常重要。
此文在更新中，我们报告将与这些存储单元有关的最新发展和发现。
长期存储的热能如何应用？
季节性储罐可用于多种情况，包括为不同的DHW储罐（室内和室外）储热以及为室内供暖的室内供热储罐储热。在每种情况下，可以选择只使用季节性存储的热量，还是在为季节性储罐储能之前优先使用太阳能收集器的热量。
在上述任何情况下，季节性储罐中提取的热量的温度都必须超过所需应用的所需温度。在进行空间加热的情况下，通常为40至45°C，而对于DHW生产则更高：45至55°C，具体取决于用户的需求。
在2017-2018年中，季节性储罐在夏季进行了储能，在供暖季节处于闲置状态，以评估损失和对存储效率的影响。在下图1中显示一个选定的储能周期的实例，显示7月中旬达到最高平均罐内温度为63°C。
储罐中的平均温度[1]稳定下降，并在2017年11月之前降至40°C以下。因此，在冬季的大部分时间里都无法直接使用储罐。罐中剩余的能量仍可以用作室内热泵的低温热源，以替代浅层地热源。目前尚无此替代案例。
图1 2017 3月31日-2018年6月1之间平均每天罐温度ST
由于这是该地下季节性存储系统的首次运行，因此应在上述结论中添加一些注意事项。在地下温度稳定之后，预计损失将不很明显。同样，储能周期结束时系统的温度将在确定可以有效使用存储系统多长时间的过程中发挥作用。为更好了解这一点，图2显示了不同初始条件下，闲置状态下季节性存储的估计平均温度与时间的关系。
图2：在不同初始条件下，闲置模式下季节性存储系统的估计平均温度衰减
图3是图2的另一种表现形式，显示了在一组初始条件下，水箱平均温度超过设定最小值（不同颜色）的天数。如果可以提高最大储热温度，则这些储罐的确可以用于较长时间的直接加热。每提取的1kWh热量，储罐平均温度降低0.07°C。
图3：闲置时平均存储温度高于给定最低温度的天数。在x轴上分开了不同的初始条件，每个条形表示一个设定的最低温度。
短期存储的表现如何？
400升太阳能锅炉在专用房间中，并配备有内部热交换器（表面1.5 m2），该内部热交换器为水箱储能，该水箱可以用于太阳能集热器或是季节性储水箱。水箱内安装了一个定制的温度测量装置，其包含7个等距点传感器，用于监测储罐内不同高度的温度。为了开发和验证SOC测定方法，已对水箱进行了一系列测试（如图4所示）：储能，释放能，空载以及同时储能和释放能。
图4：一系列储能，空载和释放能测试期间DHW储罐中间的温度
进一步详细查看，图5显示了负载和闲置循环，在此循环期间，将储罐填充至83°C的温度并使其冷却。储罐的周围温度也受到监控，并在第二坐标Y轴上绘制。可以看到，在均匀地储热储罐之后，冷却以不同的速率发生，并且储罐的分层清晰可见。
图5：DHW储罐的装载和空载。传感器p1-p7分别从顶部到底部（左y轴）显示不同高度的水温，右y轴显示室温。
图6：DHW储罐的装载和空载。传感器p1-p7分别从顶部到底部（左y轴）显示不同高度的水温，室温显示在右y轴。
此外，图6示出了同时以较低的速率对储罐进行放能和充能的情况。可以看到，顶层放能非常快，其他层紧随其后。由于在罐的底部存在热交换器，因此从图中可以清楚地看出，下层的流动速率低于顶层的速率。
[1]在一个空载间，两个传感器之间的最大差值不超过2°C
原文链接http://horizon2020-story.eu/short-and-long-term-thermal-energy-storage-in-a-residential-setting/
