2020年1月5日，《應(yīng)用熱工程》（AppliedThermalEngineering）雜志刊發(fā)美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的文章《適用于地源熱泵應(yīng)用的新型淺孔地面換熱器——模型開發(fā)和驗(yàn)證》。

配圖為中深層地?zé)崮?/a>換熱系統(tǒng)圖

       該文章提出了一種將可再生能源中多余的電能作為熱能存儲(chǔ)在地下儲(chǔ)罐中的系統(tǒng)，使房主可以在高峰時(shí)段減少購電，同時(shí)有助于平衡電網(wǎng)運(yùn)行。據(jù)估算，該系統(tǒng)可以將房屋中的峰值用電量減少多達(dá)37％。

      該系統(tǒng)的核心組件是一種新穎的地面熱交換器設(shè)計(jì)，即地下熱電池（UTB），其可以作為用于地面源熱泵（GSHP）的常規(guī)垂直孔地面熱交換器（VBGHE）的低成本替代品。

      UTB設(shè)計(jì)為安裝在淺孔（深度小于6m）中，因此其成本比通常安裝在60m深的垂直孔中的傳統(tǒng)VBGHE低得多。通過利用水和相變材料的自然對流，UTB可以響應(yīng)熱負(fù)荷調(diào)節(jié)其溫度變化，從而有助于提高GSHP的效率。已開發(fā)并驗(yàn)證了UTB的一維（1D）模型，并使用小規(guī)模UTB的測量性能數(shù)據(jù)以及更詳細(xì)的三維（3D）數(shù)值模型的仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，這說明了UTB中的傳熱和流體動(dòng)力學(xué)。此1D模型的計(jì)算效率比3D模型高得多，因此可以在可接受的計(jì)算時(shí)間下模擬UTB的年度性能。一維模型已用于評(píng)估UTB的性能，因此可以將其與常規(guī)VBGHE進(jìn)行比較。

      研究人員稱，系統(tǒng)通過熱泵將太陽能等可再生資源中的多余電能存儲(chǔ)為熱能。系統(tǒng)包括裝有水和相變材料的地下儲(chǔ)罐，它們在液態(tài)和固態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)吸收和釋放能量。設(shè)計(jì)依靠廉價(jià)的材料，并安裝在較淺的深度，以最大程度地降低鉆孔成本。所存儲(chǔ)的能量可以在冬季提供數(shù)小時(shí)的加熱，而在夏季則提供冷卻，從而減少了高峰需求，并幫助房主避免以高峰價(jià)格購買電力。此外，在用電高峰期轉(zhuǎn)移需求，可以幫助電力公司更好地管理負(fù)荷，同時(shí)為消費(fèi)者省錢，并鼓勵(lì)更多地使用可再生能源。