▲ 太陽(yáng)能供熱示范系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

供熱系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能塔式聚光吸熱系統(tǒng)、跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等組成，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能全年收集、存儲(chǔ)，有效解決建筑冬季清潔供熱問(wèn)題。定日鏡采光面積760㎡，跨季節(jié)水體儲(chǔ)熱容量3000m³，滿足園區(qū)內(nèi)3000㎡建筑冬季供熱要求。自2018年4月至10月初運(yùn)行跨季節(jié)儲(chǔ)熱模式，10月初至今運(yùn)行供熱模式。該系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵部件完全使用中科院自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。

與其他太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)采用山地塔式聚光光學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)山地小定日鏡高效聚光;同時(shí)開(kāi)發(fā)容積式吸熱器和列管吸熱器，利用多孔材料的選擇與排布實(shí)現(xiàn)高效吸熱。根據(jù)測(cè)算，系統(tǒng)出水溫度達(dá)到90℃要求時(shí)，在冬季的熱效率可達(dá)到50%以上(折算在太陽(yáng)能采光面積上)。

▲ 聚光集熱系統(tǒng)

其次，系統(tǒng)采用優(yōu)化的水體儲(chǔ)熱方式，實(shí)現(xiàn)了高效低成本儲(chǔ)熱。通過(guò)跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體斜溫層控制技術(shù)和低熱損技術(shù)，減小儲(chǔ)熱水體混合熱損，在確保儲(chǔ)熱水體建造成本不高于330元/m³的前提下，儲(chǔ)熱系統(tǒng)取熱量可達(dá)到儲(chǔ)熱量的80%以上。并以此儲(chǔ)熱體為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，建立大空間自然對(duì)流與土壤耦合動(dòng)態(tài)傳熱模型，為今后大容量跨季節(jié)儲(chǔ)熱水體的熱工設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

此外，研發(fā)從太陽(yáng)能輻照熱量到建筑負(fù)荷的全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱性能模擬優(yōu)化平臺(tái)。該平臺(tái)可以反映系統(tǒng)關(guān)鍵部件在太陽(yáng)能輻照度變化以及建筑負(fù)荷變化的條件下，系統(tǒng)各運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，系統(tǒng)參數(shù)配置以及為精準(zhǔn)控制邏輯提供仿真平臺(tái)。

研究員王志峰帶領(lǐng)的太陽(yáng)能熱利用技術(shù)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)研究，此次借鑒部分熱發(fā)電技術(shù)，并將聚光吸熱技術(shù)應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)起到行業(yè)引領(lǐng)作用。該示范項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，為2022年張家口冬奧會(huì)可再生能源清潔供熱以及中科院先導(dǎo)A項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。