郭占全 苑中显 张 琦

跨季节土壤蓄热太阳能数值模拟研究

郭占全 苑中显 张 琦

（北京工业大学环境与能源工程学院 北京 100124）

为减少太阳能利用所受的季节性限制，以太阳能跨季节蓄热为背景，土壤为蓄热介质，利用ANSYS软件对水平地埋管与土壤的非稳态换热过程进行三维数值模拟。在流速、管径、土壤初始温度以及运行时间等条件相同的情况下，分别讨论埋管深度、管内流体温度、土壤热物性参数以及埋管间距对土壤蓄热效果的影响。结果表明：对于埋深为1.5m、2.0m、2.5m这三种工况，埋深2.5m的土壤蓄热量最大，埋深1.5m的蓄热量最小。对于流体温度为60℃、70℃、80℃这三种工况，温度为80℃的土壤蓄热量最大，60℃的蓄热量最小。对于沙土、粘土、褐土和花岗岩这四种土壤，褐土是最有利于蓄热的，沙土是最不利的。对于埋管间距为2.8m、3.2m、3.6m、4m这四种工况，土壤蓄热量随埋管间距的增大而增大，管间距为4m的土壤蓄热量最大，2.8m的蓄热量最小。

太阳能；水平地埋管；数值模拟；土壤蓄热

0 引言

随着能源危机的出现，人们对新型能源的需要更加迫切，太阳能作为一种新型能源受到越来越多的关注，有关太阳能的研究利用范围也在日益扩大。1956年，美国伊利诺伊大学的Penrod等人首次提出使用太阳能集热器与地埋管换热器协同运行的想法[1]，并提出了太阳能集热器和地埋管换热器的设计方法，此后，各国的学者相继开始了对太阳能跨季节蓄热系统的研究。太阳能跨季节蓄热系统能有效克服太阳能利用易受时间、气候等影响的缺点，可以将太阳资源丰富季节的热量储存到太阳资源不足的季节使用。……