摘要：太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能效益的關(guān)鍵手段，可解決太陽(yáng)能在時(shí)間和空間上供需不平衡的問(wèn)題。綜述了太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展，重點(diǎn)探討了太陽(yáng)能集熱器及3種主要儲(chǔ)熱技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、瓶頸與未來(lái)研究方向。

研究結(jié)果表明：太陽(yáng)能集熱器在降低熱損失、優(yōu)化結(jié)構(gòu)和布置方面仍面臨挑戰(zhàn)；儲(chǔ)熱技術(shù)則需解決占地面積、材料穩(wěn)定性、可控性、成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等方面的問(wèn)題。

引言：本文基于太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱研究現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外示范性項(xiàng)目，梳理該技術(shù)的研究現(xiàn)狀、進(jìn)展及瓶頸，并對(duì)該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，旨在為太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論支撐。

1.太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)

太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)一般由太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)熱設(shè)備、控制系統(tǒng)、輔助熱源，以及用戶(hù)端組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.1工作原理

太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的工作原理為：太陽(yáng)能集熱器在夏季收集太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)化成熱能，然后通過(guò)儲(chǔ)熱介質(zhì)將熱能輸送到儲(chǔ)熱設(shè)備中，并實(shí)現(xiàn)持續(xù)循環(huán)，儲(chǔ)熱過(guò)程可達(dá)3～4個(gè)月。冬季，當(dāng)儲(chǔ)熱量不足以滿(mǎn)足用戶(hù)供暖需求時(shí)，控制系統(tǒng)將啟動(dòng)輔助熱源進(jìn)行熱量補(bǔ)充。

根據(jù)技術(shù)類(lèi)型不同，太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)可分為：顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)、潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)、熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)。顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)的工作原理簡(jiǎn)單，較為成熟，是目前應(yīng)用最為廣泛的太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)。相比之下，潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)和熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)仍處于發(fā)展階段，尚未成熟。

1.2太陽(yáng)能集熱器

太陽(yáng)能集熱器作為集熱系統(tǒng)的核心部件，其集熱效率直接影響太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率。根據(jù)聚光形式，可將太陽(yáng)能集熱器分為非聚光型(包括：平板太陽(yáng)能集熱器和真空管太陽(yáng)能集熱器)和聚光型(包括：塔式太陽(yáng)能集熱器)。

當(dāng)太陽(yáng)光直射在非聚光型集熱器上時(shí)，集熱器吸收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為熱能，然后利用工質(zhì)部分存儲(chǔ)熱能；聚光型集熱器通過(guò)定日鏡場(chǎng)追蹤太陽(yáng)方位并將太陽(yáng)光反射至高塔集熱處。3種太陽(yáng)能集熱器的對(duì)比如表1所示。

2.顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用形式以顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)為主，例如：作為全球首個(gè)大規(guī)模高溫坑儲(chǔ)熱項(xiàng)目的瑞士Lyckebo項(xiàng)目、丹麥Marsta項(xiàng)目涵蓋世界上最大的太陽(yáng)能供熱廠之一、位于中國(guó)西藏地區(qū)仲巴縣的大型太陽(yáng)能儲(chǔ)熱供暖工程等。常見(jiàn)的顯熱儲(chǔ)熱方式包括：水儲(chǔ)熱、礫石-水儲(chǔ)熱、地埋管儲(chǔ)熱和地下含水層儲(chǔ)熱，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示，本文針對(duì)水儲(chǔ)熱和地埋管儲(chǔ)熱這兩種儲(chǔ)熱方式進(jìn)行分析。

由表2可知：在選擇顯熱儲(chǔ)熱方式時(shí)，除了要考慮造價(jià)外，還要考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和水文條件。建議選用合適的儲(chǔ)熱方式或多種儲(chǔ)熱方式耦合的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的儲(chǔ)熱效果和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1水儲(chǔ)熱

水儲(chǔ)熱具有運(yùn)行費(fèi)用低、安全穩(wěn)定、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在儲(chǔ)熱體積大、占地空間大等缺點(diǎn)。因此，在減少占地面積的前提下，提高儲(chǔ)熱量、減少熱損失是水儲(chǔ)熱的主要發(fā)展方向。

水的儲(chǔ)熱密度高達(dá)60～80 kWh/m3，是良好的儲(chǔ)熱介質(zhì)，水儲(chǔ)熱方式下，儲(chǔ)水裝置一般設(shè)置在地下，其示意圖如圖3所示。

夏季時(shí)，儲(chǔ)熱水箱底部的低溫水經(jīng)太陽(yáng)能集熱器加熱后存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱水箱中；冬季時(shí)，若儲(chǔ)熱水箱的熱量不足以滿(mǎn)足需求，控制系統(tǒng)將啟動(dòng)輔助熱源供熱，一般為電加熱或燃?xì)饧訜帷?/p>

2.1.1儲(chǔ)熱能力研究

在水儲(chǔ)熱方式下，當(dāng)水受熱密度變小時(shí)，由于受熱浮力作用，儲(chǔ)熱水箱頂部的水體溫度高于底部，因此會(huì)在水體中間部位形成溫躍層。

國(guó)外的研究集中于采用大型儲(chǔ)熱水箱的區(qū)域供熱系統(tǒng)，Pilotelli等設(shè)計(jì)了新型的儲(chǔ)熱水箱內(nèi)部流場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，水通過(guò)外圍的環(huán)形支管小孔向內(nèi)/外流動(dòng)，減弱了垂直流動(dòng)，從而減少了冷熱水之間的混合。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬分析發(fā)現(xiàn)：儲(chǔ)熱水箱內(nèi)形成的溫躍層幾乎不隨時(shí)間變化，分層效率顯著提高。國(guó)內(nèi)的研究集中于儲(chǔ)熱水箱的進(jìn)口結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。黃華杰等設(shè)計(jì)了1種新型均流器，并利用ANSYS軟件建立數(shù)學(xué)模型，研究結(jié)果表明：該均流器對(duì)儲(chǔ)熱水箱進(jìn)水水流具有抑流作用，能夠降低進(jìn)口流速，減弱冷熱水混合，提高分層效率。方桂花等針對(duì)基于蓄熱球的相變儲(chǔ)熱水箱，設(shè)計(jì)了均孔板和蓄熱球隔層，研究結(jié)果表明：在放熱工況下，儲(chǔ)熱水箱具有良好的分層效果，儲(chǔ)熱水箱的儲(chǔ)熱能力得到顯著提高。

由此可見(jiàn)，從提高分層效率的角度出發(fā)，改變水儲(chǔ)熱方式下儲(chǔ)熱裝置中的流場(chǎng)分布、改用新型均流器和增加儲(chǔ)熱隔層均能提升儲(chǔ)熱能力。

2.1.2熱損失研究

針對(duì)水儲(chǔ)熱方式下的熱損失研究主要集中在儲(chǔ)熱水箱中溫躍層分層結(jié)構(gòu)和保溫材料。溫躍層能防止冷熱水混合，因此，保持溫躍層分層域溫度梯度上下分層間的距離較小，可減少冷熱水混合，從而減少水體的熱損失。

Li等通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真兩種方法，分析了不同控制策略對(duì)非供暖季水儲(chǔ)熱系統(tǒng)性能的影響，研究結(jié)果表明：在儲(chǔ)熱季末尾，儲(chǔ)熱水池進(jìn)出水口位置和形狀等因素會(huì)影響溫度分層，進(jìn)而降低儲(chǔ)熱效率。Kur?un研究了圓柱形和矩形儲(chǔ)熱水箱的溫度梯度分層情況，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)熱水箱內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)為倒置圓臺(tái)和倒置金字塔形會(huì)增加水箱內(nèi)的溫度梯度分層。王燁等對(duì)有隔板的儲(chǔ)熱水箱中隔板開(kāi)孔大小和位置進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：相同工況下，當(dāng)僅在隔板上開(kāi)1個(gè)孔時(shí)，位于隔板中心的分層效果最佳；而當(dāng)開(kāi)多個(gè)孔時(shí)，開(kāi)孔位置不再是影響分層的主要因素，但對(duì)儲(chǔ)熱量仍有較大影響。為進(jìn)一步探究影響熱損失的因素，Bai等以中國(guó)某容積為3000m3的地下儲(chǔ)水池為研究對(duì)象，研究結(jié)果表明：儲(chǔ)水池的側(cè)壁、頂部、底部損失熱量占比分別為57%、30%、13%。儲(chǔ)熱水體溫度分層是影響熱損失的內(nèi)部因素，而水體保溫材料則是影響熱損失的外部因素。因此，使用新型保溫材料和施工方案來(lái)減少熱損失，對(duì)推動(dòng)水儲(chǔ)熱技術(shù)和太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的市場(chǎng)化具有重要作用。國(guó)內(nèi)外的水儲(chǔ)熱工程案例如表3所示。

2.2地埋管儲(chǔ)熱

地埋管儲(chǔ)熱方式是將換熱管水平或垂直埋于土壤中進(jìn)行儲(chǔ)熱，垂直換熱管一般采用單U型或雙U型換熱器，換熱管間距在2.5～5.0m之間，如圖4所示。在夏季時(shí)，利用水、石墨烯、石蠟、納米顆粒等介質(zhì)將太陽(yáng)能集熱器收集的熱量輸送至地下，進(jìn)行存儲(chǔ)；在冬季時(shí)，從地下取出熱量，以地?zé)岱绞焦┡?/p>

2.2.1儲(chǔ)熱性能研究

目前，地埋管儲(chǔ)熱方式的重要研究課題是減少占地面積的同時(shí)提高儲(chǔ)熱能力，而國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常是以數(shù)值模擬的方法來(lái)進(jìn)行分析，研究方向集中于單位面積內(nèi)地埋管的儲(chǔ)熱性能。

Rad等基于已有工程，運(yùn)用TRNSYS軟件設(shè)計(jì)了1種與直接激光太陽(yáng)能充電技術(shù)(DLSC)類(lèi)似地埋管的供熱系統(tǒng)，并與DLSC進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)：該供熱系統(tǒng)的鉆孔面積比DLSC系統(tǒng)的減少了38%，太陽(yáng)能集熱器的集熱面積減少了25%，初投資降低了19%。

國(guó)內(nèi)對(duì)于地埋管儲(chǔ)熱方式下的供熱研究多與熱泵相結(jié)合。鄒行等利用數(shù)值模擬，分析了地埋管、土壤熱平衡和熱泵機(jī)組之間的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：制熱工況下，當(dāng)土壤水飽和度從12%提升至100%時(shí)，地埋管換熱量增加了24%，單位面積換熱量提高了39%。劉艷峰等利用TRNSYS仿真程序建立子分區(qū)串并聯(lián)式太陽(yáng)能輔助地源熱泵系統(tǒng)(SAGSHP)的物理模型，并對(duì)其進(jìn)行了性能分析，研究結(jié)果表明：當(dāng)串聯(lián)區(qū)與并聯(lián)區(qū)面積比為1:4、儲(chǔ)熱量為3:2時(shí)，SAGSHP達(dá)到最佳供熱性能，與傳統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)相比，性能提高了18.1%。

2.2.2儲(chǔ)熱效率研究

在技術(shù)方面，現(xiàn)階段的研究集中在采用新型的組合形式來(lái)提高地埋管的儲(chǔ)熱效率。

Catolico等基于DLSC地埋管群建立了3D數(shù)值模型，并與根據(jù)DLSC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的模型進(jìn)行比較，結(jié)果表明：地埋管儲(chǔ)熱系統(tǒng)熱提取率隨著土壤導(dǎo)熱系數(shù)的降低而增大。郭占全等對(duì)粘土、沙土、褐土和花崗巖4種土壤的儲(chǔ)熱效果進(jìn)行了對(duì)比(如圖5所示)，發(fā)現(xiàn)褐土的儲(chǔ)熱能力最強(qiáng)。李偉等對(duì)粘土、沙土、砂巖的儲(chǔ)熱能力進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)粘土的比熱容最高，是長(zhǎng)期儲(chǔ)熱的最佳介質(zhì)。

為了進(jìn)一步研究影響地埋管儲(chǔ)熱效率的因素，Zhang等對(duì)用于溫室供暖的地埋管儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：在合理的地質(zhì)條件范圍內(nèi)，拋開(kāi)經(jīng)濟(jì)因素，地埋管埋藏深度越深，儲(chǔ)熱效率越高。胡嬋月對(duì)垂直地埋管間距為3、4、5、6 m情況下的土壤儲(chǔ)熱量進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：隨著地埋管間距的增加，土壤儲(chǔ)熱量逐漸增加，但儲(chǔ)熱量增長(zhǎng)率逐漸降低，同時(shí)也導(dǎo)致占地面積增加。因此，為提高儲(chǔ)熱效率，在選擇埋管深度與間距時(shí)，應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性、占地面積等因素。

國(guó)內(nèi)外通過(guò)對(duì)土壤物性參數(shù)、埋管深度與間距等方面的研究，證明影響儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱效率的因素是多方面的，僅通過(guò)改變單一因素來(lái)降低熱損失的做法性?xún)r(jià)比過(guò)低。市場(chǎng)化背景下，應(yīng)在考慮經(jīng)濟(jì)性前提下，綜合改變以上影響因素來(lái)降低熱損失，從而提高儲(chǔ)熱效率。

國(guó)內(nèi)外地埋管儲(chǔ)熱工程案例如表4所示。

3.潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)

潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)是利用相變材料發(fā)生相變時(shí)吸收或釋放熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱。在夏季，儲(chǔ)熱系統(tǒng)吸收太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為熱能，輸送到儲(chǔ)熱設(shè)備中，由相變材料發(fā)生相變進(jìn)行熱能儲(chǔ)存；當(dāng)需要供熱時(shí)，釋放存儲(chǔ)的熱量提供熱能，如圖6所示。

潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)具有熱密度大、溫度波動(dòng)小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，其儲(chǔ)熱設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類(lèi)，主動(dòng)式潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)依賴(lài)外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)傳熱流體與多種相變材料(PCM)交換熱量，被動(dòng)式潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)依賴(lài)導(dǎo)熱、自然對(duì)流或輻射交換熱量。相變材料常見(jiàn)的相態(tài)主要有固-液、固-固和液-氣。固-液通過(guò)熔化、凝固進(jìn)行儲(chǔ)、放熱；固-固通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變(有序-無(wú)序)進(jìn)行儲(chǔ)、放熱；液-氣通過(guò)氣液轉(zhuǎn)換時(shí)吸收、釋放熱量進(jìn)行儲(chǔ)、放熱。潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)被廣泛運(yùn)用于建筑節(jié)能中，常與建筑材料混合或獨(dú)立使用。

對(duì)于大規(guī)模潛熱儲(chǔ)熱，采用主動(dòng)式潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)更為合適，被動(dòng)式儲(chǔ)熱系統(tǒng)不適用，因此，在太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱項(xiàng)目中應(yīng)用并不常見(jiàn)。國(guó)內(nèi)外潛熱儲(chǔ)熱工程案例如表5所示。

在國(guó)外研究中，文獻(xiàn)采用石蠟為相變材料，潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)總儲(chǔ)熱效率可達(dá)40.4%；文獻(xiàn)在土耳其的Trabzon地區(qū)建立了以材料重量為1090 kg的CaCl??6H?O作為相變材料的太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為占地面積75m2的實(shí)驗(yàn)室供暖；法國(guó)PEGASE研究計(jì)劃采用CaCl??6H?O為相變材料，可提供冬季所需熱量的75%。

國(guó)內(nèi)也有相關(guān)研究，文獻(xiàn)采用低溫Na?S2O??5H?O和高溫NaCH?COO?3H?O作為相變材料，研究結(jié)果表明：5個(gè)相變材料為1個(gè)模塊時(shí)，房間溫度波動(dòng)相對(duì)較小。在供暖階段相同工況下高溫、高低溫、低溫模塊所需模塊數(shù)分別為87、35(低溫)+50(高溫)、82塊。文獻(xiàn)[40]采用材料容積為63.3m3的Na?SO??10H?O作為儲(chǔ)熱材料，并與土壤儲(chǔ)熱和水儲(chǔ)熱進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：相同工況下，相變儲(chǔ)熱技術(shù)的費(fèi)用為土壤儲(chǔ)熱技術(shù)的4.2倍，水儲(chǔ)熱為土壤儲(chǔ)熱技術(shù)的7.2倍，雖然土壤儲(chǔ)熱經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，但綜合考慮下，相變材料儲(chǔ)熱技術(shù)是最具潛力的儲(chǔ)熱方式。然而，相變儲(chǔ)熱技術(shù)也存在可控性低、能源應(yīng)用率低、系統(tǒng)控制復(fù)雜、材料不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，這使其只適用于短期儲(chǔ)熱。

4.熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)

熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)是利用化學(xué)材料的熱效應(yīng)進(jìn)行熱量存儲(chǔ)，吸熱反應(yīng)器從太陽(yáng)光中吸收熱量，經(jīng)熱交換器輸送到熱化學(xué)反應(yīng)床，存儲(chǔ)熱能；當(dāng)需要熱量時(shí)，通過(guò)觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)釋能，由放熱反應(yīng)器提供給蒸汽循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱能利用，其工作原理示意圖如圖7所示。

通常，熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)的儲(chǔ)熱形式主要有化學(xué)鍵、化學(xué)吸附、氧化還原反應(yīng)、可逆化學(xué)反應(yīng)等。熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)的儲(chǔ)能密度是顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)的8～10倍，且與顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)相比，還具有儲(chǔ)熱、釋熱速度快、溫度波動(dòng)小、設(shè)備壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。由于熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)在接近環(huán)境溫度時(shí)可實(shí)現(xiàn)無(wú)熱損，且化學(xué)吸附和反應(yīng)溫區(qū)與太陽(yáng)能熱利用溫區(qū)相吻合，使其具有很大的跨季節(jié)儲(chǔ)熱潛能。國(guó)內(nèi)外熱化學(xué)儲(chǔ)熱工程案例如表6所示。Weber等在瑞士建立了以NaOH/H?O為儲(chǔ)熱材料的熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表

通常，熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)的儲(chǔ)熱形式主要有化學(xué)鍵、化學(xué)吸附、氧化還原反應(yīng)、可逆化學(xué)反應(yīng)等。熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)的儲(chǔ)能密度是顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)的8～10倍，且與顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)相比，還具有儲(chǔ)熱、釋熱速度快、溫度波動(dòng)小、設(shè)備壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。由于熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)在接近環(huán)境溫度時(shí)可實(shí)現(xiàn)無(wú)熱損，且化學(xué)吸附和反應(yīng)溫區(qū)與太陽(yáng)能熱利用溫區(qū)相吻合，使其具有很大的跨季節(jié)儲(chǔ)熱潛能。

國(guó)內(nèi)外熱化學(xué)儲(chǔ)熱工程案例如表6所示。

Weber等在瑞士建立了以NaOH/H?O為儲(chǔ)熱材料的熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：與水儲(chǔ)熱系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的熱容積比等容積水低溫加熱時(shí)增加6倍，生活熱水供應(yīng)量增加了3倍。Stitou等以BaCl?/NH?為儲(chǔ)熱材料，采用20m2的平板太陽(yáng)能集熱器為熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)供能，結(jié)果表明：該系統(tǒng)可使太陽(yáng)能的能效比(COP)提升15%～23%。Kerskes等[43]以沸石4A/H?O為實(shí)驗(yàn)材料，結(jié)果表明：在組合式儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，采用吸附式熱化學(xué)儲(chǔ)熱系統(tǒng)可使儲(chǔ)熱體積或太陽(yáng)能集熱器面積顯著減少。與國(guó)外相比，中國(guó)熱化學(xué)儲(chǔ)熱的研究起步較晚。尋祎夢(mèng)基于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱化學(xué)反應(yīng)原理，以CaCO?/CaO為相變材料進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果表明：溫度在1200～1600 K時(shí)，溫度越高相變材料的反應(yīng)速率越快，最高可達(dá)30%。靳菲等對(duì)Zr摻CaMnO?鈣鈦礦固溶液的比例進(jìn)行研究，結(jié)果表明：有效的摻雜Zr可提高熱化學(xué)材料ABO?中B-O化學(xué)鍵的穩(wěn)定性，有效提升化學(xué)穩(wěn)定性和儲(chǔ)熱密度。

雖然，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者已在研究中驗(yàn)證了熱化學(xué)儲(chǔ)熱技術(shù)在跨季節(jié)儲(chǔ)熱的可行性，但由于其存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和材料不穩(wěn)定等因素，目前鮮有項(xiàng)目使用。因此，未來(lái)研究重點(diǎn)方向包括：降低成本、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、篩選穩(wěn)定材料等。

5.展望

未來(lái)太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的研究應(yīng)集中于降低熱損、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高儲(chǔ)熱性能和降低成本方面。

在儲(chǔ)熱商業(yè)化方面，借助成熟的施工技術(shù)和材料降低成本是推動(dòng)太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)向商業(yè)規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵。校、企、科研院所的合作對(duì)于技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展至關(guān)重要，應(yīng)以末端應(yīng)用為主促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、科研長(zhǎng)足發(fā)展。政府應(yīng)主動(dòng)推動(dòng)示范性項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)示范項(xiàng)目給予一定優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)配套產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)成本降低，鼓勵(lì)關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。

6.結(jié)論

本文綜述了太陽(yáng)能跨季節(jié)儲(chǔ)熱技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展，重點(diǎn)分析了太陽(yáng)能集熱器和3種儲(chǔ)熱技術(shù)的現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)、瓶頸及未來(lái)研究方向。研究結(jié)果表明：太陽(yáng)能集熱器的瓶頸在于降低熱損失、優(yōu)化組合結(jié)構(gòu)和定日鏡場(chǎng)布置。儲(chǔ)熱技術(shù)則面臨占地面積大、材料穩(wěn)定性、可控性、成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等方面的問(wèn)題。

作者：張超1*、王明明1、王龍基1、劉寅1、周東東1、董歲具2

(1.中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院，鄭州450007；2.鄭州熱力集團(tuán)有限公司，鄭州450052)