蓄熱系統（thermal storage system）是指採用適當的方式，利用特定的裝置，將暫時不用或多餘的熱量通過一定的蓄熱材料儲存起來，需要時再釋放出來加以利用的系統。
基本介紹
- 中文名：蓄熱系統
- 外文名：thermal storage system
- 原理形式：移峰填谷
- 蓄熱裝置：宜鋼製，矩形或圓形，臥式和立式
- 分類方法：蓄熱熱源、蓄熱介質、用熱系統
- 蓄熱熱源：電能、太陽能、工業餘熱或廢熱
- 蓄熱介質：水蓄熱、相變材料蓄熱、蒸汽蓄熱
- 用熱系統：供暖系統、空調系統、生活用水
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原理
蓄熱系統主要有以下幾種。
風力發電高溫蓄熱器系統：其原理是：利用風力發電機發出的電能轉變成熱能，直接存儲在風力發電固體蓄熱器中。用於採暖和供熱水系統釋放（該蓄熱機組也可以為熱空氣系統提供熱源；可以推動吸收式熱泵系統；可以為地源熱泵高值運行溫度補償；可以為低溫有機工質朗肯循環發電系統提供低溫熱源；可以提供導熱油系統所需熱源；可以為太陽能光熱系統提供溫度補償等）。是一種適合家庭（各種）用戶的新型採暖（蓄能）裝置，在取暖季為客戶提供不間斷供暖，可廣泛用於無法通電和供暖的牧場、邊遠哨所、度假景區。
太陽能光伏發電蓄熱系統：是將太陽能光伏裝置吸收陽光的光能變成電能，再將電能轉化成熱能，儲存於固體蓄熱器中。形成從光伏發電到固體蓄熱設備採暖和供熱水系統，實現了電能轉化熱能，以供客戶採暖和熱水的需求。
風光互補電蓄熱器系統：可將風能和太陽能光伏發電直接轉化成熱能並儲存在蓄熱體中。可為用戶提供持續、穩定的取暖，提高了風能和太陽能的利用率，提高了家庭取暖的健康性、安全性，降低了用戶成本，實現了經濟效益和環境效益的雙贏。
新型樓宇冷熱源系統：利用水蓄冷技術和電加熱蓄熱設備組合成一整套管路系統，充分利用低谷電，取代中央空調，解決現代城市辦公耗電量高、費用高、污染嚴重的問題。利用新型樓宇冷熱源系統，設備初投資少、運行費用低、沒有污染。
電加熱式固體蓄熱系統：充分利用了電熱技術、絕熱技術、固體蓄熱技術、熱交換技術。採用熱水、熱空氣和蒸汽等多種形態的能量輸出形式，並實現了所有參數可設可調的綜合。
分類及優缺點
依據熱源
電能蓄熱系統
在電力低俗期間，利用電作為能源來加熱蓄熱介質，並將其儲蓄在蓄熱裝置中；在用電高峰期間將蓄熱裝置中的熱能釋放出來滿足供熱需要。
優點：平衡電網峰谷荷差，減輕電廠建設壓力；充分利用廉價的低谷電，降低運行費用；系統運行的自動化程度高；無噪聲，無污染，無明火，消防要求低。
缺點：受電力資源和經濟性條件的限制，系統的採用需進行技術經濟比較；自控系統較複雜。
太陽能蓄熱系統
太陽能蓄熱是解決太陽能間隙性和不可靠性，有效利用太陽能的重要手段，滿足用能連續和穩定供應的需要。太陽能蓄熱系統利用集熱器吸收太陽輻射能轉換成熱能，將熱量傳給循環工作的介質如水，並儲藏起來。
優點：清潔、無污染，取用方便；節約能源；安全。
缺點：集熱器裝置大；套用受季節和地區限制。
工業餘熱或廢熱蓄熱系統
利用餘熱或廢熱通過換熱裝置蓄熱，需要時釋放熱量。
優點：緩解熱能供給和需求失配的矛盾；廉價。
缺點：用熱系統受熱源的品位、場所等限制。
依據介質
水蓄熱
將水加熱到一定的溫度，使熱能以顯熱的形式儲存在水中；當需要用熱時，將其釋放出來提供採暖用熱需要。
優點：方式簡單；清潔、成本低廉；
缺點：儲能密度較低，蓄熱裝置體積大；釋放能源時，水的溫度發生連續變化，若不採用自控技術難以達到穩定的溫度控制。
相變材料蓄熱
用相變材料一般為共晶鹽，利用其凝固成溶解時釋放或吸收的相變熱進行蓄熱。
優點：蓄熱密度高，裝置體積小；在釋放能量時，可以在穩定的溫度下獲得熱能；
缺點：價格較貴；需考慮腐蝕，老化等問題。
蒸汽蓄熱
將蒸汽蓄成飽和水的蓄熱方式
優點：蒸汽相變潛熱大；
缺點：造價高；需採用高溫高壓裝置。
依據用熱系統
供暖系統：供暖系統的供回水溫度通常為95℃/75℃；一般蓄熱溫度為130℃
空調系統：空調系統的供回水溫度通常為60℃/50℃；一般蓄熱溫度為90-95℃，也可採用高於100℃的高溫蓄熱系統
生活熱水：供水溫度通常為60-70℃；若採用蓄熱罐直接供熱，一般蓄熱溫度等於供水溫度；也可採用較高的蓄熱溫度，利用換熱器換熱後供熱。
電鍋爐蓄熱系統
原理
電熱鍋爐是將電能轉換成熱能，並將熱能傳遞給介質的能量轉換裝置，一般由兩個環節組成：
1) 將電能轉換成熱能：通常有以下三種方式：
a. 電阻式一電流通過電熱器中電阻絲產生熱量，電阻絲放置在紫銅或鐮基含金套管中，套管中充滿氧化鎮絕緣層。電阻式電熱轉換元件的結構簡單，同時由於是純電阻型，在轉換中沒有損失，所以，被普遍採用於電熱鍋爐中。
b. 電磁感應式-利用電流流過帶有鐵芯的線圈產生交變磁場，在不同的材料中產生渦流電磁感應而發生熱量。這種轉換方式由於存在感抗，轉換中產生無功功率，功率因數<1 ，一般用在較小容量的電熱設備上。
C. 電極式一利用電極之間介質的導電電阻，在電極通電時直接加熱介質本身。這種形式多用於冶鍊金屬行業，在電鍋爐中較少採用。
2) 將熱能傳遞給介質:電熱元件通電後，不斷地產生出熱量，並被介質不斷地吸收帶走，以保持熱量平衡。在電熱鍋爐中，用戶一般需要熱水或蒸汽，而且水是一種廉價的商品，所以一般電熱鍋爐的介質是水。電熱元件直接浸沒在水中，水被加熱後直接取用，或水被加熱後變成蒸汽，送到需要蒸汽的場合。
蓄熱載體
蓄熱技術根據熱載體不同，主要分為水蓄熱和相變材料蓄熱兩種，但就技術分析，水作為蓄熱載體是最為理想和可行的。
所謂水蓄熱就是將水加熱到一定的溫度，使熱能以顯熱的形式蓄存在水中，當需要時再將其釋放出來提供採暖或直接作為熱水供人們使用。一般來說，水的蓄熱溫度為40～130℃。根據使用場合不同，對於生活用水，蓄熱溫度為40～70℃，可以直接提供使用;對於飲用水，可以蓄至 100℃；對於末端為風機盤管的空調系統，一般蓄熱溫度為90～95℃; 對於末端為暖氣片的採暖 系統，蓄熱溫度為90～130℃或更高。
用水作蓄熱載體有清潔、廉價、比熱值高的優點。1m可利用溫差△t=50℃的水所蓄存的熱 量約相當於相同體積石蠟相變材料的潛熱蓄熱量。1m的水溫升50℃，其顯熱蓄熱量為209.3 MJ， 1m石蠟的潛熱量為204.3 MJ。與水相比，一般相變材料，不清潔、價高，沒有足夠的優勢。
其他蓄熱方式還有蓄蒸汽系統(即將蒸汽蓄成過飽和水)及高溫油蓄熱等。高溫高壓蓄熱裝 置也相繼問世，但這些高溫高壓裝置，除造價因素外，是否適合居民生活區和商業領域套用存在著爭議。
蓄熱裝置
對於蓄熱採暖系統，必須重點考慮蓄熱裝置內冷熱水混合、死水區和蓄熱效率等問題。蓄熱裝置的設計是影響成敗的關鍵，多年的研究實踐已獲得一些解決方法，這些方法不但可以提高效 率，而且降低製造成本。主要形式有迷宮式、隔膜式、多槽式，溫度分層式，其中溫度分層式是最常規的設計方法。
(1) 迷宮式系統。
(2) 隔膜式系統。
(3) 多槽式系統。
(4) 溫度分層式系統。
高溫蓄熱系統
對電鍋爐蓄熱水系統而言，如果蓄熱溫度超過100℃便可稱之為高溫蓄熱系統。高溫蓄熱系統是一個閉式系統。
之所以採用高溫蓄熱系統，主要基於兩點：①可以得到更高的溫度;②可以減少蓄熱裝置體積。假設蓄熱溫度為130℃，對於末端供回水溫度為60/50℃的風機盤管系統而言，可利用溫差 75℃，對於末端供回水溫度為90/70℃的採暖系統而言可利用溫差為55℃。130℃的飽和水，其壓 力0.27MPa，密度為934.8kg/m。
通過對以上數據的分析可以看出：
(1)對於末端為風機盤管的系統採用高溫蓄熱，其蓄熱槽的體積為常溫蓄熱的47%，對於末端為散熱片的系統採用高溫蓄熱，其蓄熱槽的體積為常溫蓄熱的45%。這對於機房狹小的客 戶來說無疑是很好的選擇。
(2)高溫蓄熱系統為有壓系統，相應的蓄熱裝置需要採用有壓罐。系統內需增設定壓、泄壓、安全保護裝置。
(3)溫度升高了相應的管道及設備保溫加厚，附屬設施的承壓承溫要求提高。
(4)系統在蓄熱過程的溫升和釋熱過程的溫降值很大(一般達55℃)，意味在蓄熱和釋熱時 要相應的膨脹泄水和降壓補水過程。
對高溫蓄熱系統，由於減少蓄熱設備而減小的投資可能因為蓄熱罐及附屬設施的費用增加而抵消。最大的好處是得到了更高的溫度和更小的體積。對於一些末端溫度要求不高的場所，如生活用水、風機盤管空調一般推薦採用常溫蓄熱。
自控系統
自控裝置與系統是組成蓄熱系統的關鍵部分。蓄熱控制系統通過對電鍋爐、蓄熱裝置、板式 熱交換器、水泵、管路調節閥進行控制，調整蓄熱與放熱的運行工況，在最經濟的情況下給末端 提供一穩定的供水溫度。但自控設備均工作在條件相對惡劣的環境中，電動閥、感測元件均需在 相對高溫下工作，故自控裝置採用進口設備較為可靠。
太陽能蓄熱系統
太陽能蓄熱式生活熱水系統，主要由集熱器、蓄熱水箱、管路和輔助熱源以及自控系統構成。
集熱器
集熱器的主要功能是將太陽輻射能轉換成熱能，然後將熱量傳給循環工作的水，是太陽能蓄熱系統的關鍵設備，常用的集熱器形式有平板式、真空管式和拋物面式等三種。
蓄熱水箱
因為太陽能的不穩定性，由集熱器產生的熱水需要暫時儲存，以供使用需要。蓄熱水箱需要保溫。
管路和輔助熱源
在實際套用中，根據工程情況安裝管路，同時，通常考慮將太陽能集熱器與電鍋爐、燃氣鍋爐或其他輔助熱源並聯或串聯連線。集熱器若出口水溫達到要求，直接使用;若水溫偏低，則僅起預熱作用，水需再經輔助熱源加熱後使用。
控制系統
太陽能蓄熱生活熱水控制系統一般包括溫度及時間控制，依據溫度設定或所選時間使蓄熱水箱的溫度達到設定值。若系統有輔助供熱系統，則在日射量不足時啟動輔助供熱系統，達到設定的溫度。
蓄熱空調
原理
蓄熱式中央空調是指建築物採暖 (或生活熱水) 所需熱量的部分或全部在電網低谷時段製備好，以高溫水的形式儲存起來供電網非低谷時段採暖 (或生活熱水) 使用。達到移峰填谷，節約電費之目的。
意義
1.對國家經濟發展的重大意義
從環保和資源最佳化配置的角度分析電鍋爐對國家經濟可持續發展意義重大。
(1) 從能源結構看。美國86%的煤用來發電，用戶以電能消耗為主; 中國僅37%的煤 用來發電，大量能源用戶直接使用礦物質燃料，大量的水力資源仍載浪費之中。
(2) 礦物質燃料儲存有限。據世界能源組織統計，1997年末世界煤炭可開採期限為219 年，我國是82年; 石油可開採期限為41年，我國是21年; 天然氣開採期限為64年，我國 是52年。
(3) 環境污染異常嚴重。我國SO2排放總量中煤炭占90%以上; 在煙塵排放總量中煤炭 占60%～80%。
2. 國民經濟巨觀收益
(1) 轉移電力高峰期的用電量，平衡電網的峰谷差，發電機組效率提高。
(2) 最佳化電力資源的配置，減少新建電廠和輸變電設施的投資。
(3) 利用電力清潔能源，無廢氣、廢液、廢渣產生，無污染、無噪聲，符合環保政 策。
(4) 充分利用有限的不可再生資源。
3.最終用戶收益
(1) 減少電熱機組的數量與容量，減少變壓器的配電容量，設備總投資相對減少。
(2) 利用低谷廉價電力，降低運行成本。
(3) 合理分配用電負荷，提高變配電設備的利用率。
(4) 熱效率高 (大於96%)。
(5) 機組體積小，占地省、布置靈活、適應性強。
(6) 安裝簡便，維修工作量小。
(7) 消防要求低。
(8) 無壓 (或低壓)，安全保護齊全，運行可靠。
(9) 可逐級加減負荷，調節過程平穩，控制精度高。
(10) 自動化程度高，不需專職運行管理人員。
運行和保養
1 蓄熱裝置一般宜採用鋼製，形式可以因地制宜採用矩形或圓形，有臥式和立式，一般要求蓄熱裝置有一定的高度以利於溫度分層。
2. 蓄熱裝置的保溫應儘量減少熱損失。因蓄熱裝置的表面積一般都較大，建議工程上可採用聚氨醋發泡保溫。在室內、外的保溫厚度分別可取 60mm 和 80mm，保溫層外保護層採用鋁板或彩鋼板。
3 電鍋爐房的布置應滿足鍋爐房設計以及相關的規範、規定等的要求。
4 開式系統的蓄熱溫度應低於 95°C ，以免發生汽化 P 蓄熱溫度高於沸點溫度的高溫蓄熱裝置，施工及運行應遵守相關的壓力容器的安全技術等規程、規定，其系統應考慮相應的保護措施。
5 採暖系統宜單獨設計蓄熱裝置，生活熱水系統可採用整體式。
6. 大型蓄熱系統最好採用負荷預測，進行最佳化控制以節約運行費用。
7. 一般宜採用蓄熱與末端系統用熱交換器隔開的形式。
套用場所
蓄熱式中央空調在建築物採暖 (或生活熱水) 所需熱量的部分或全部在電網低谷時段製備好，以高溫水的形式儲存起來供電網非低谷時段採暖 (或生活熱水) 使用。達到移峰填谷，節約電費之目的。
在太陽能蓄熱式生活熱水系統的實際套用中，根據工程情況安裝管路，同時，通常考慮將太陽能集熱器與電鍋爐、燃氣鍋爐或其他輔助熱源並聯或串聯連線。
利用電來加熱水的蓄熱電鍋爐 (熱水機組) 或電熱蒸汽鍋爐 (蒸汽發生器)，適用於大 城市、風景區的賓館、科研院所、醫院、學校、機關等各種需要熱水和蒸汽的場所。
賓館，辦公樓，住宅樓生活用水及採暖; 餐館，理髮店，洗劫衣店洗滌用熱水; 浴室、 體育場館用熱水; 醫院、療養院等用於蒸飯，蒸餾水，消毒，熨燙，採暖所需的蒸汽; 工礦 企業工藝用熱水。
