低碳技术 跨季节储热技术

自上世纪七十年代末，欧美多国就开始研究和推广跨季节储热技术，并形成了较多应用案例。随着国内双碳政策的逐步落地，跨季节储热技术也得到了广泛的关注和研究。

跨季节储热技术的主要功能是在非采暖季收集太阳能或工业余热等热量，经过长时间储存后用于冬季供暖，如果有冷需求还可以实现反向的“冬冷夏用”，提高使用率。

跨季节储热技术根据储热介质的不同分为相变储热（潜热储热）、显热储热、化学储热等。已实施的工程项目以显热储热为主，原理最简单，技术比较成熟，经济性也在可接受范围内。显热储热分为热水蓄热、砂石-水蓄热、地埋管蓄热、含水层蓄热等几种形式。

11.热水蓄热：采用水作为储热介质，充分利用水的比容大、蓄热能力强的特点，可以采用水罐储热，也可以用水池加保温盖的方式蓄水储热，能量密度较大。由于储热时间跨度很长，根据傅里叶定律，尺度增加一倍，时间延长四倍，当水的体积足够大时，就可以减小散热损失和品位损失，大幅度提高储热时间。一般认为，当尺度大于30米、体积超过10万立方米时，就可以满足跨季节储热的需求，达到可接受的经济性。如此大体积的水体，无法使用水罐储热，一般都采用蓄水池加保温盖的储热方式。

2.砂石-水蓄热：以砂石储热为主，水作为热量传递媒介。由于砂石的比容小，能量密度低，体积一般是热水蓄热的三倍以上，还需要在四周保温，工程量大，应用案例较少。

3.地埋管蓄热：采用间接换热的方式，利用土壤蓄热，需要布置30-100米深度的地埋管。在蓄热期，将热水通入地埋管加热地下土壤；在用热期，将冷水通入地埋管吸收热量后再利用。由于土壤的能量密度比较低，蓄热体积需要达到热水蓄热的3-5倍，且边界没有保温，温度损失较大。但是，地埋管工艺相对简单，整体工艺难度小，尤其是用在零成本低温废热的跨季节储存上，经济性可以接受。在我国内蒙地区建设有目前世界最大的示范项目。

4.含水层蓄热：利用含地下水的地下沙土、砾石、石灰岩层等作为载体储存热量，需要建设冷水井和热水井。储热时将热量送入热水井，用热时从热水井取水，降温后再送入冷水井。该方式的系统造价低，但对地质条件要求较高，含水层的上下两层需要是不透水层，同时含水层的水需要基本不流动。在特定地质条件下，该方式有很好的经济性。跨季节储热技术是低碳供暖的技术发展方向之一，有很好的应用前景。目前国内应用的案例较少，且普遍存在经济性较差的问题。主要原因在于，跨季节储热并不是简单的“蓄热-放热-用热”过程，而是一套系统工程，用热环节需要与供热新技术相结合，提高系统的综合效率和经济性。以热水蓄热技术为例。热水蓄热需要足够大的体量才能保证足够长时间的保温效果，水体尺度在30米以上、体积超过10万立方米时才能保证“跨季节”储热。建设好足够大体量的热水池之后，主要投资完成，提高热水利用效果是保证项目经济性的关键。

已实施的案例普遍采用常规用热方式供暖，经济性很差。举例来说，水池中蓄存90℃热水，采暖季的平均供水温度按85℃计算，如果采用常规供暖方式，热网回水温度50℃，取热温差只有35℃；如果采用大温差取热技术，将水温降低至15℃时，取热温差达到了70℃，相当于蓄热水体的利用率翻倍，经济性提高近一倍；如果可以降低到更低温度，实现更大温差的取热，整体经济性可以进一步提高。

由此可见，大温差取热技术是跨季节储热技术的配套技术，两者互相结合，能够大幅度降低供热成本，提高项目经济性。从当前的大温差取热技术发展情况来看，将水温降低至15℃甚至5℃并不困难，甚至还能制取0℃冰水以进一步提高效率、降低成本。如果实现制冰，还可以开拓夏季供冷的功能，实现冷热两用、冬冷夏用。

大温差技术是近年来出现的颠覆性换热技术，不仅可以应用在跨季节储热技术中，还作为基础催生出热网大温差输配、长输供热、工业余热供暖、低温核供热等新型供热技术，是这些技术实现经济供热的前提条件。大温差技术的提出，是供热领域的一项重大技术创新，带来了一系列的新型供热方式。

综合而言，跨季节储热技术是供热领域充分利用余热、降低碳排放的重要方向，发展潜力巨大。该技术是一项系统工程，搭配超大温差取热等供热新技术，能够实现良好的节能降碳效果和经济效益，是一项值得推广的新技术。