岩层储热性能及利用技术研究

本项目利用经过验证可行的数学模型，通过南江监测网实测数据以及换热试验，建立单管与管群模型，并对模型进行了验证，分析了进口水温、流速、孔深、埋管间距等不同因素对埋管换热器换热性能及岩土体温度场的影响。

通过对重庆市岩土体热物性资料的搜集、整理，得到了不同岩层储能性能，并建立了蓄放热模型，通过实测数据与模拟数据进行验证，最后模拟分析地源热泵长期运行过程中地温场的变化状况，进行能量损失研究。提出了重庆基岩地区适用的岩层储能与地源热泵集成系统，以岩层蓄放热为基础的反向蓄能技术，从而提高热泵运行效率，最大程度保证岩土体温度场的稳定。

储热介质吸收太阳辐射或其他载体的热量蓄存于介质内部，环境温度低于介质温度时热量即释放。

热量以显热、潜热或两者兼有的形式储存。显热是靠储热介质的温度升高来储存。常温下水和卵石均为常用的储热材料，水的储热量是同样体积石块的3倍。潜热储存是利用材料由固态熔化为液态时需要大量熔解热的特性来吸收储存热量。热量释放后介质回到固态，相变反复循环形成贮存、释放热量的过程。

储热技术包括两个方面的要素，其一是热能的转化，它既包括热能与其它形式的能之间的转化，也包括热能在不同物质载体之间的传递；其二为热能的储存，即热能在物质载体上的存在状态，理论上表现为其热力学特征。虽然储热有显热储热、潜热储热和化学反应储热等多种形式，但本质上均是物质中大量分子热运动时的能量。因而从一般意义上讲，热能存储的热力学性质与热力学性质相同，均有量和质两个衡量特征，即热力学中的第一定律和第二定律。

（1）有机类储热材料在固体状态时成形性较好，一般不易出现过冷和相分离现象，并且对材料的腐蚀性较小，性能比较稳定、毒性小、成本低。但其导热系数小，导致对热量变化的响应速度慢，同时密度较低，从而单位体积的储能能力较小，并且有机物一般熔点较低，易挥发、易燃、易被空气中的氧气缓慢氧化老化。有机类储热材料与无机类陶瓷材料及碳材料复合是解决有机类储热材料存在问题的有效途径。

（2）近期对无机盐储热材料的研究表明，对不同配方的新型熔盐的研究探索了潜在的、有应用前景的优良材料，对现有的熔盐体系进行掺杂实现性能优化也成为一个新的突破点，逐渐获得关注。对这些潜在材料的进一步研究和试验生产，为适应正在急速发展的各种储能系统的不同要求提供了可行途径。

（3）最近由于合金类相变储热材料密度较高和相变潜热较低，导致其在对重量较敏感的储热领域关注度不高。但低熔点合金相变储热材料的研究逐渐受到关注。低熔点合金由于其独特的物理化学性质，已被广泛应用于钎料、易熔合金保险丝、控温元件和模具制造业等。此外，低熔点合金还具有沸点高、化学活性低、导热系数大、密度高等特点，是一种潜在的热量储存和传输介质。该系列储热材料有望与传统的有机和无机储热材料进行竞争。

（4）微胶囊相变材料尽管有望解决材料相变时的渗漏、相分离等问题，但微胶囊在实现较好的封装效果的同时往往难以实现热性能的提高。定形结构相变材料更有利于平衡结构与性能之间的关系，实现复合结构储热材料的研究应用领域的拓展。复合结构储热材料的研究多集中在低温范畴，对中高温领域复合结构相变材料的深入研究才刚刚起步，拓展复合结构储热材料的温度应用领域、中高温材料的筛选以及从材料界面-结构-性能优化等多尺度问题的研究都是未来研究的重点。