2020年1月5日，《應(yīng)用熱工程》（AppliedThermalEngineering）雜志刊發(fā)美國橡樹嶺國家實驗室的文章《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在地下儲罐中的系統(tǒng)，使房主可以在高峰時段減少購電，同時有助于平衡電網(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，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)行了驗證，這說明了UTB中的傳熱和流體動力學(xué)。此1D模型的計算效率比3D模型高得多，因此可以在可接受的計算時間下模擬UTB的年度性能。一維模型已用于評估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為熱能。系統(tǒng)包括裝有水和相變材料的地下儲罐，它們在液態(tài)和固態(tài)之間轉(zhuǎn)換時會吸收和釋放能量。設(shè)計依靠廉價的材料，并安裝在較淺的深度，以最大程度地降低鉆孔成本。所存儲的能量可以在冬季提供數(shù)小時的加熱，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，同時為消費(fèi)者省錢，并鼓勵更多地使用可再生能源。