[发明专利]分级热屏式地下蓄能控制方法

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源与蓄能利用技术领域，特别涉及地下蓄能、热泵空调控制问题。

背景技术

储能技术是能源领域可持续发展的重要组成部分和发展战略，是实现能源可再生化和高效利用的一种有效途径。在能源使用和转化过程中，一些能量需要短期或长期的蓄存再利用，提高能量利用率，并实现能源补充。随着国际经济快速发展，人类生活环境的不断改善，对能源的需求在迅速增长，导致能源供应越来越严峻。石化燃料逐渐枯竭和严重的排放污染，以及节能减排已经摆在极其重要的地位，这些都要求不断探索新的能源利用形式和高效的能源转化控制技术。目前，解决的途径有两条，一条是开发清洁可再生能源和新能源，另一条是利用蓄能技术，实现能量高效再转化利用。其中，加强用能过程中的周期蓄能及循环再利用，是最大程度上实现能源的“可再生化”和提高综合利用率，达到更广泛意义上的节能减排。

地球作为能量库，自身以年为周期实现能量循环平衡和冷、热交替变化。地下冬暖夏凉的特点，使其成为热泵的理想热源。当热泵运行时，不但实现供热或供冷，还将伴随冷量或热量交替地蓄存于地下，为能源实现可再生化利用提供可能。夏蓄热，冬回取；冬蓄冷，夏回取，将地下分别作为冬季热库和夏季冷库。此外，这种蓄能概念已经延伸，利用其它能量蓄积(如太阳能、余热、余冷和自然冷量等)，提高用能系统的综合效率，使地球成为一个良好的蓄能体和清洁能源库。近年来，随着人类对地球物理的认识，以及对能源和环保的重视，地源热泵(GSHP)在世界许多地区得到了开发和应用，并将地下与环境用能联系到一起，成为地能开发利用的纽带。

在地下蓄能过程中，规模化组织在一起的地下换热器群的控制模式对蓄能效果起到举足轻重的作用，不但利于能量的高效注入，更重要是在地下存储过程的有效保存。地下蓄能已经有发明，如中国发明申请号为01116085.3竖式地热蓄能空调系统，该系统提到，在空调运行时将能量同时存入地下蓄能体的概念，其特点是空调运行时的换热能量存入地下，可以得到一定能量的再利用，为居室进行采暖或者制冷。但是，该专利没有涉及到蓄能的控制模式，以便提高地下蓄能有效性。美国的集成热能系统20070214815(INTEGRATED THERMAL SYSTEM)也使用了地下岩土作为蓄能体，但是没有阐述蓄能的控制方式问题。实际上，地下蓄能技术已经在能源领域开始得到应用，国际上也开展了许多实验示范应用。但迫于能量地下存储的有效保存问题，一直制约地下蓄能技术的快速发展。因此，高效蓄能的控制方法问题是地下蓄能应用深层次发展的关键技术。

发明内容

针对现有地下蓄能技术存在的不足，本发明的目的提供一种地下蓄能系统和基于该系统的高效控制方法，提高蓄能效率，保证更有效的蓄入能量和保存能量。本专利通过提出地下蓄能的分级和热屏概念，利用地下蓄能地域空间的供给负荷和温度梯度的分级分布，以及地域空间边缘外围再持续的负荷作用，重整温度场，形成热流屏蔽，抑制和降低蓄入能量的扩散，提升存储水平。

在夏季蓄能阶段，分级热屏式地下蓄能控制方法在太阳能热源加热介质温度较高时，通过太阳能热源(1)加热，流经三通阀(11)、四通阀(12)，汇集于高温集水箱(4)，而后经单向阀组(7)控制分流，进入地下蓄能体中心区域换热器组(9)，经换热向蓄能体中心区域地下注入热量；此后，通常循环介质温度仍然会高于蓄能体外圈温度，此时介质再进入中温集水箱(5)，后经单向阀组(8)控制分流，通过地下蓄能体外围换热器组(10)，向边缘外围换热注入热量，后经低温集水箱(6)、循环泵(15)，返回太阳能热源(1)进行循环加热。这一过程使得蓄能体中心区域温度高，蓄能更多；外围温度低，降低向蓄能体之外的热量扩散；形成蓄能体空间中心区域温度高、边缘外围温度低的内高外低温度场形态。

通过夏季的蓄能，蓄能体中心会形成强势的热汇区域，为了减少过渡季节(如秋季)蓄入热量向蓄能体之外的扩散，将利用过渡季节相对低负荷的太阳能热源(1)加热的中温循环介质直接进入中温集水箱(5)，由单向阀组(8)控制，经地下蓄能体外围换热器组(10)，只对蓄能体边缘换热注入热量，在边缘外围，形成高温热围，其不断的动态等温面绝热作用，产生有效的热屏效应，降低蓄能中心向蓄能体之外的热量扩散。