季节性热能存储

季节性热能存储(STES)，也称为跨季节热能存储，是长达数月的热能或冷能存储。热能可以在可用时收集，并在需要时使用，例如在相反的季节。例如，太阳能集热器产生的热量或空调设备产生的废热可以在炎热的月份收集起来，在需要时用于空间供暖，包括在冬季月份。工业过程产生的废热同样可以储存起来并在以后使用，或者可以储存冬季空气的自然寒冷，用于夏季空调。季节性热能存储商店可以为区域供热系统以及单个建筑物或综合体提供服务。在用于取暖的季节性蓄水池中，年设计峰值温度一般在27至80°C（81至180°F）范围内，一年内蓄热区的温差可达几十度。一些系统使用热泵来帮助在部分或全部循环期间对存储进行充电和放电。对于冷却应用，通常只使用循环泵。区域供热的例子包括DrakeLanding太阳能社区，在没有热泵的情况下，地面储存提供了97%的年消耗量，以及丹麦池塘储存的增压。

季节性热能存储技术有多种类型，涵盖从单个小型建筑到社区区域供热网络的一系列应用。一般来说，效率会随着尺寸的增加而提高，而具体的建造成本会随着尺寸的降低而降低。

自1981年以来，国际能源署的储能节能(ECES)计划每三年举办一次全球能源会议。这些会议最初只关注STES，但现在这些技术已经成熟，其他主题如相变材料(PCM)和电能存储也被覆盖。自1985年以来，每个会议的名称末尾都有库存（用于存储）；例如EcoStock、ThermaStock。它们在世界各地举行。最近的是在西班牙莱里达举行的InnoStock2012（第12届国际热能储存会议）和在北京举行的GreenStock2015。EnerStock2018将于2018年4月在土耳其阿达纳举行。IEA-ECES计划延续了早期国际热能储存委员会的工作，该委员会从1978年到1990年有一个季度通讯，最初由美国能源部赞助。时事通讯最初被称为ATESNewsletter，在BTES成为一种可行的技术后，它被更改为STESNewsletter。

小型被动供暖建筑物通常使用与建筑物相邻的土壤作为低温季节性蓄热器，在年循环中达到与年平均气温相似的最高温度，在较冷的月份温度下降以供暖。这样的系统是建筑设计的一个特点，因为与“传统”建筑的一些简单但显着的差异是必要的。在土壤中约20英尺(6m)的深度处，如果水位下降不超过太阳能恢复热量的自然能力，则温度在全年范围内自然稳定。这种储存系统在一年的过程中在狭窄的储存温度范围内运行，这与上述其他STES系统不同，后者的年温差较大。美国在1970年代和1980年xxx发了两种基本的被动式太阳能建筑技术。它们利用与隔热、防潮土壤的直接热传导作为空间供暖的季节性储存方法，直接传导作为热返回机制。在一种方法中，被动式年蓄热(PAHS)、建筑物的窗户和其他外表面捕获太阳热量，太阳热量通过地板、墙壁，有时甚至是屋顶传导到相邻的热缓冲土壤中。当内部空间比存储介质更冷时，热量会被传导回居住空间。另一种方法，“年化地热太阳能”（AGS）使用单独的太阳能收集器来捕获热量。收集的热量通过传热介质（例如空气或水）的对流被动或通过泵送主动传递到存储设备（土壤、砾石床或水箱）。这种方法通常以设计用于六个月加热的容量来实施。世界各地使用太阳能储热的一些例子包括：英国东安格利亚的一所大学SuffolkOne使用埋在公交车转弯区域的管道集热器来收集太阳能，然后储存在18每100米（330英尺）深的钻孔用于冬季取暖。加拿大的DrakeLanding太阳能社区在52户家庭的车库屋顶上使用太阳能集热器，然后将其储存在35米（115英尺）深的钻孔阵列中。地面可以达到超过70°C的温度，然后用于被动加热房屋。该计划自2007年以来一直成功运行。在丹麦布勒德斯特鲁普，大约8,000平方米（86,000平方英尺）的太阳能集热器用于收集大约4,000,000千瓦时/年，类似地存储在50米（160英尺）深的钻孔阵列中.

许多家庭和小型公寓楼已经展示了将用于储热的大型内部水箱与安装在屋顶的太阳能集热器相结合。90°C(194°F)的储存温度足以供应生活热水和空间供暖。xxx座这样的房子是1939年的MITSolarHouse#1。1989年在瑞士奥伯堡建造了一栋八单元的公寓楼，三个储罐共储存118立方米（4,167立方英尺）的热量，比建筑物储存的热量更多需要。自2011年以来，该设计正在被复制到新建筑中。在柏林，作为IEATask13低能耗住宅示范项目的一部分，于1997年建造了“零供暖能源住宅”。它在地下室的一个20立方米（706立方英尺）的水箱内储存温度高达90°C（194°F）的水。2009年在爱尔兰建造了一个类似的例子，作为原型。太阳能季节性储存器包括一个23立方米（812立方英尺）的水箱，里面装满了水，安装在地下，四周高度隔热，用于在一年中储存来自抽空太阳能管的热量。该系统是作为实验安装的，用于加热爱尔兰戈尔韦的世界上xxx座标准化预制被动式房屋。目的是确定这种热量是否足以在冬季月份消除已经非常高效的家庭对任何电力的需求。基于对玻璃的改进，零采暖建筑现在可以在没有季节性储能的情况下实现。

STES也广泛用于温室的加热。ATES是该应用程序常用的存储类型。夏季，温室用地下水冷却，地下水从含水层的“冷井”抽出。水在此过程中被加热，并返回到含水层中的“暖井”。当温室需要热量时，例如延长生长季节，水会从暖井中抽出，在起到供暖功能的同时变冷，然后返回冷井。这是一个非常有效的自然冷却系统，它只使用循环泵而不使用热泵。

年化地太阳能(AGS)可在寒冷、多雾的北温带地区实现被动太阳能加热。它使用建筑物下方或周围的地面作为热质量来加热和冷却建筑物。经过6个月的设计导热滞后后，热量会返回或从建筑物的居住空间中排出。在炎热的气候中，将收集器在冬天暴露在寒冷的夜空下可以在夏天为建筑物降温。大约三米（十英尺）的泥土提供了六个月的热滞后。建筑物周围有一条6米宽（20英尺）的埋地绝缘裙，可以防止雨水和雪从通常位于建筑物下方的泥土中融化。污垢通过地板或墙壁进行辐射加热和冷却。热虹吸管在污垢和太阳能收集器之间移动热量。太阳能集热器可以是屋顶的金属板隔间，也可以是建筑物或山坡一侧的宽扁盒子。虹吸管可以由塑料管制成并携带空气。使用空气可以防止漏水和水引起的腐蚀。塑料管道不会像金属管道那样在潮湿的土壤中腐蚀。AGS加热系统通常包括：

• 一个隔热、节能、环保的生活空间；
• 在夏季的几个月中，从阳光加热的子屋顶或阁楼空间、阳光空间或温室、地面、平板、热虹吸收集器或其他太阳能集热装置中捕获的热量；
• 热量从收集源传输到（通常）生活空间下方的土体（用于存储），该土体被地下周边斗篷或雨伞包围，既可以隔热，又可以防止热量流失到室外空气中，并且防止水分通过该蓄热体迁移；
• 一种高密度地板，其热性能旨在将热量辐射回生活空间，但只有在适当的底层绝缘调节时间滞后之后；
• 一种控制方案或系统，当感应到收集区域中的暖季空气比存储区域中的热时，激活（通常是光伏驱动的）风扇和风门，或者允许将热量转移到被动对流的存储区（通常使用太阳能烟囱和热激活阻尼器。）

通常，储存土体需要几年时间才能从当地深层土壤温度（因地区和场地方向而有很大差异）完全预热到可以提供高达xxx加热的最佳秋季水平过冬对居住空间的要求。这项技术不断发展，正在探索一系列变体（包括有源返回设备）。最常讨论这种创新的列表服务器是雅虎的有机架构。该系统几乎完全部署在北欧。在北美的DrakeLanding建造了一个系统。一个更新的系统是在伊利诺伊州科林斯维尔建造的一个自己动手的能源中性住宅，它将完全依靠年化太阳能进行调节。