土壤蓄热原理

以两根同心圆管道作为输热管，外管的端部封闭。在蓄热阶段，载热介质(水)从分配管进入内管并从外管流出，形成一个闭合环路，把热量传给土壤并储存起来。在提热时，管中的水流方向相反口为了减少热损失，地面铺设一定厚度的聚苯乙烯泡沫隔热层。为了保证传热性能，外管与其周围的土壤之间应有良好的接触。为了达到土壤内温度分层的效果，应使载热介质在管内保持低流速(约为几毫米每秒)。

实践表明，土壤蓄热库热效率可达75%以上，是目前成本最低的季节性蓄热库。

用于蓄热的土壤可以是干土、湿土。

1、干土的特点在于其热导率很低，因此可以减少蓄热库底部和侧面的热损失，并有助于缩小蓄热区域。当然，在蓄热区域的范围内进行适当的保温，还可以减少蓄热库顶部的热流损失。然而，由于其热导率很低，使得夏季能够进入蓄热介质的热量以及冬季能够从蓄热介质提取的热量也都受到了限制。

此外，蓄热能力还取决于土壤深度，对于长期储存，厚度以10~15m为宜。传热介质可以是水或空气，当用空气做传热介质时，需要较大直径的同心套管。

2、湿土层蓄热与干土层蓄热类似，不同的是湿土的热容和热导率比干土大，有利于蓄热。但热导率大易导致漏热量增大。其漏热有两种方式：一种是热传导，另一种是水的质量扩散，即蒸发一冷凝相变传热。在湿土热库周围增设不透水的防渗层可以降低这种热损失。与干土层蓄热相比，湿土层蓄热要求有更厚的隔热层，以防止传热漏热。除了用水作为传热介质外，还可以用蒸汽作为传热介质。

利用土壤蓄热的太阳能蓄热系统，具有蓄热能力大、热损失较小的优点，它可以将太阳能集热器所获得的热量储存在土壤中，为住宅提供全年的生活用热水。经济分析表明，这种系统目前可与电加热的系统相竞争，而在发展中国家，则可与用常规燃料供暖的系统相竞争。土壤蓄热太阳能供暖系统的年度成本仅为电加热系统的1/3左右；为常规太阳能供暖系统的2/3左右。因此，从长远的观点来看，地下土壤蓄热被认为是跨季度长期蓄热的最有前途的方式之一。 2100433B

蓄热炉可分为单筒、双筒、三筒三种。但根据燃烧气与裂解气的流向又可分为单向顺流、单向逆流、双向顿流、双向逆流等几种。

1、单简单向顺流蓄热炉

所谓单向顺流，就是燃烧气和裂解气流向相同。它采用问歇操作，每个操作周期由四个单元组成：即烧焦(或补油)升温，一次吹扫，裂解制气，二次吹扫。

2、双筒顺向蓄热裂解炉

这种炉型是从单筒炉发展起来的。当要求设计处理曼较大的蓄热炉时，由于单筒炉的喷油装置占去很大一部分空间，致使炉体增大，因此就将单筒分为两个筒而成双筒炉，但气体的流向仍和单筒炉一样。双筒顺向蓄热裂解炉的主要优点是白控制阀门少，操作方便；主要缺点是反应温度不够平稳，预热需要另设一台换热面积较大的空气预热器。

3、双筒逆向蓄热裂解炉

所谓逆向就是燃烧气与裂解气流向相反，而且每裂解一次，气体流向改变一次。

4、三筒逆向蓄热裂解炉

这种炉型被广泛采用于生产高热值煤气，主要由反应部分、水蒸汽蓄热部分、空气蓄热部分及燃烧部分所组成。裂解的原料为渣油，制气过程分为鼓风加热期和制气期，两者交替进行。每个循环为4分钟，根据工艺要求，分为八个阶段，按顺序操作。

蓄热室分割式蓄热室

横火焰池窑每侧各小炉单独拥有的煤气蓄热室和空气蓄热室。与连通式蓄热室相比，优点是：调节闸板位于低温处，较易调节各小炉的气流量和易于实现窑内纵向温度制度和气氛性质的调节；可减少气流死角，提高容积利用率；便于热修。但结构复杂，占地面积大，烟道长，气流阻力大。用于对窑内温度制度和产品质量要求较高的窑炉。

蓄热室连通式蓄热室

横火焰池窑每侧的各小炉所共有的连通的煤气蓄热室和空气蓄热室。结构简单，烟道阻力小，换向时煤气损失少。但调节闸板位于高温处，难于正确调节各小炉的气体分配量和窑纵向温度分布，横断面上气流分布不易均匀，容积利用率低，热修不便。用于规模较小，占地面积受到限制，对纵向温度分布和产品质量要求不甚严格的窑炉。

蓄热室箱式蓄热室

无垂直上升道，窑内废气沿小炉水平通道直接导入的蓄热室。与有垂直上升道的蓄热室相比，特点是：废气进入格子体前的温降较小；气流在格子体横截面上的分布较均匀；气流阻力较小；可设置较高的格子体，使受热面积加大；热效率较高，气体预热温度较高。多用于以高热值燃料为热源的窑炉，结构布置较方便。

蓄热室焦炉蓄热室

用耐火砖砌筑的用高温废气预热空气或贫煤气的空间。位于焦炉炉体下部。蓄热室长轴与焦炉长轴平行为纵向布置；两轴垂直为横向布置。它由小烟道、箅子砖和上部空间组成。小烟道一端与对应的废气盘相接，引进空气或贫煤气，引出废气。上部空间摆满型砖，燃烧废气将型砖加热；热型砖可把空气或贫煤气预热到1000℃左右，通过顶部两排斜道送入对应的立火道。

蓄热材料相变蓄热材料

相变蓄热材料具有蓄放热过程近似等温、过程容易控制等优点是当今蓄热材料的研究热点。1992年，法国首次研制出用于储存能量的小球，把球态可变盐衬装在聚合物小球中，然后把小球盛装在可变体积的容器里，蓄热量为同样体积水的10倍。

1998年，美国对铵矾和硝酸铵二元相变材料体系进行了研究，并将其应用于太阳能热水器。我国在19世纪80年代初开始开展相变蓄热材料的研究，早期集中于相变蓄热材料中的无机水合盐类。由于绝大多数无机水合盐都具有腐蚀性,相变过程存在过冷和相分离等缺点，而有机物相变材料则热导率低，相变过程的传热性能差。为了克服单一无机物或有机物相变蓄热材料存在的缺点，许多研究者开始开发复合相变蓄热材料，如Udidn等以石蜡为相变材料、阿拉伯树脂和明胶为胶囊体材料制备出胶囊型复合无机相变材料，实验表明，胶囊化石蜡经过1000次热循环，仍能维持其结构形状和储热密度不变,胶囊化技术有效地解决了无机相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性问题。

Xavier制备出有机复合相变材料，将有机物相变蓄热材料石蜡吸附在具有多孔结构的膨胀石墨内，明显提高了蓄热材料的热导率，如纯石蜡的热导率仅为0.24W/m，而复合石墨后的热导率提高到4一7W/m。

近年来，有机/无机纳米复合材料在聚合物改性以及研制新型蓄热材料方面得到了广泛应用。张正国等将有机/无机纳米复合材料扩展到蓄热材料领域,提出将有机相变材料与无机物进行纳米复合的方案，制备出硬脂酸/膨润土纳米复合相变蓄热材料，复合材料的相变潜热值基本不变而储放热速率明显提高，且经1500次循环试验后复合相变材料仍具有很好的结构和性能稳定性。有机/无机复合相变蓄热材料的制备，不仅可利用无机物的高热导率来提高有机物相变蓄热材料的导热性能，而且纳米复合技术将有机相变储热材料和无机载体充分结合起来，提高复合相变蓄热材料的蓄热密度和循环稳定性。

蓄热材料吸附蓄热材料

在沸石、硅胶等多孔材料对水发生物理吸附的过程中，伴随着大量的物理吸附热，可以用于热量的储存和利用。Close等首先利用开式吸附床的吸附/解吸循环，以沸石为吸附材料、湿蒸汽(水)为载体实现了低温热储存。吸附蓄热材料克服了传统蓄热方法的缺陷，在蓄热过程中无热量损失，为蓄热技术开辟了新天地。

由于分子筛作为吸附蓄热材料时对水的吸附属于物理吸附，吸附平衡量和吸附循环量不高，因此有研究者利用沸石分子筛规整而稳定的孔隙结构，把对水吸附容量比较高的氯化钙填充进去，从而制备出既具有高吸附蓄热容量又具有稳定吸附蓄热性能的复合吸附蓄热材料。朱冬生等以分子筛为基体，使氯化钙填充进人分子筛制备出吸附蓄热复合材料，实验发现复一合吸附剂的最大吸附量可达0. 55 kg/kg，，用于蓄热时其蓄热密度达到1000 kJ/kg以上，与显热蓄热和相变潜热蓄热材料相比在蓄热能力上具有明显的优势。

除分子筛吸附蓄热材料的应用外，硅胶等其他多孔材料也被用于吸附蓄热技术。如Aristov将CaCl₂植人中孔硅胶内部，崔群等发现在复合吸附剂的制备过程中还需加入扩孔剂以增加孔容和孔径，才可改善复合吸附材料的吸附性能，以使其吸附量显著提高。

在进一步提高复合吸附蓄热材料的蓄热能力和循环方面，MrowierBialon用四乙氧基硅烷制成复合多孔材料，1kg该吸附剂的水蒸气吸附量超过1kg，而且经过50次循环实验，该复合吸附材料的吸附性能无明显改变。 这种由分子筛等多孔材料和吸湿性无机盐复合而制得的吸附蓄热材料，一方面使无机盐的化学吸附蓄热循环过程发生在多孔材料的孔道内，改善了吸附蓄热过程的传热和传质性能;另一方面，多孔材料对吸附质也具有吸附作用，不仅提高了复合吸附材料的总吸附量和蓄热密度，而且物理吸附作为化学吸附的前驱态还促进了无机盐的化学吸附。