基于太阳能热利用的土壤蓄热热力影响区的研究

夏宁; 严冬春; 戴鑫; 蒋子涵; 陈语; 裴圣宇

doi:10.19911/j.1003-0417.tyn20241023.01

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基于太阳能热利用的土壤蓄热热力影响区的研究

学术研究 | 更新时间：2025-10-15

- 基于太阳能热利用的土壤蓄热热力影响区的研究
- 暂无标题
- 太阳能 2025年第9期页码：27-39
- 作者机构：
  
  1. 桑夏太阳能股份有限公司
  2. 上海电力大学能源与机械工程学院
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19911/j.1003-0417.tyn20241023.01
  中图分类号： TK513.5
- 纸质出版：2025
- 稿件说明：
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夏宁, 严冬春, 戴鑫, 等. 基于太阳能热利用的土壤蓄热热力影响区的研究[J]. 太阳能, 2025,(9):27-39.
夏宁, 严冬春, 戴鑫, 等. 基于太阳能热利用的土壤蓄热热力影响区的研究[J]. 太阳能, 2025,(9):27-39. DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20241023.01.

DOI：

摘要

基于太阳能光热转换技术与土壤蓄热技术的土壤蓄热系统，可以实现跨季节的清洁供暖。在土壤蓄热系统中，土壤蓄热热力影响区的范围对工程设计非常关键。首先建立了基于太阳能热利用的土壤蓄热系统的数学模型；然后采用数值模拟方法，对典型工况下土壤蓄热系统分别采用单U型地埋管换热器和蜂巢状U型地埋管群单元时的运行过程进行了模拟分析，并对不同土壤深度处的土壤蓄热热力影响区，以及管道入口水温、季节、管道排列方式等因素与土壤蓄热热力影响区之间的关系进行了模拟分析，并获取了不同情况下热力影响区的范围变化趋势。研究结果表明：1)随着土壤深度的增加，土壤水平方向热力影响区的范围呈先增大后减小的变化趋势。2)单U型地埋管换热器的土壤蓄热热力影响区的范围受管道入口水温的影响，提高管道入口水温可以显著扩大深层土壤水平方向热力影响区的范围。在土壤深度为40 m处，当管道入口水温从323 K提高到333 K时，土壤水平方向热力影响区的范围扩大了2 m。3)单U型地埋管换热器的土壤蓄热热力影响区的范围还会受季节变化的影响。冬季和春(秋)季时的土壤蓄热热力影响区的范围均大于夏季时土壤蓄热热力影响区的范围，在土壤深度为1～20 m的范围内，冬季时比夏季时平均值约大5 m。4) U型地埋管换热器在土壤蓄热过程中起到了关键作用，与单U型地埋管换热器相比，蜂巢状U型地埋管群单元的热力影响区范围更大，其最大热力影响区的范围约为其六边形边长的7倍。此种多个单U型地埋管换热器的排列方式能够有效增强土壤的蓄热效果，并扩大土壤蓄热热力影响区的范围。研究结果可指导相关土壤蓄热系统的设计与热学计算，为太阳能的跨季节高效利用提供科学依据。

Abstract

关键词

Keywords

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