智能保温控制下结合地埋换热器的路面太阳能集热器储热性能优化

《Journal of Energy Storage》：Optimization of heat storage performance in pavement solar collectors integrated with ground heat exchangers using smart insulation control

　　

• •
  基于现场典型气象年数据和地质条件，建立了耦合光伏太阳能集热器-地埋管换热器模型。
• •
  夜间反向传热引起的散热不可忽视。
• •
  提出了两种保温控制方法以减少热损失并增强储热效果。
• •
  智能保温控制可提供更有效的性能表现。
• •
  提出了一种实用的保温控制方法。

章节摘要

符号说明

c	比热容（J/kg·K）
D	直径（mm）
Db	钻孔直径（m）
G	水流量（m3/h）
h	传热系数（W/m2·K）
H	深度或厚度（m）
I	太阳辐射（W/m2）
Nu	努塞尔数（无量纲）
Pr	普朗特数（无量纲）
q	热通量（W/m2）
qc	对流热通量（W/m2）
qe	蒸发热通量（W/m2）
qlr	长波辐射热通量（W/m2）
qsr	短波辐射热通量（W/m2）
q+	正向热通量（W/m2）
q?	负向热通量（W/m2）
Q	储热功率（kW）
Qarea	单位面积储热量（W/m2）
Qsur+	表面得热量（kWh/m2）
Qsur?	表面失热量（kWh/m2）
r

研究区域描述

本研究区域位于中国北方的太原市，海拔约1500米。太原属于温带大陆性气候区，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。根据中国国家标准《民用建筑设计统一标准》（GB 50352–2019）[25]，太原被划分为寒冷A气候区。近几十年来，年均降水量为472毫米。基于Meteonorm气象数据库，

几何模型

图3展示了耦合光伏太阳能集热器和地埋管换热器的热储能系统的几何构型。可以看出，该热储能系统主要由光伏太阳能集热器和地埋管换热器组成。为确保有效吸收入射太阳辐射，在光伏太阳能集热器暴露的顶表面涂覆了高吸收率涂层，表面吸收率为0.94，发射率为0.85[29]。光伏太阳能集热器的埋深（H_P）为0.4米，其长度和宽度（W）均等于

结果与讨论

为了更全面地揭示系统在不同气象条件下的储热性能变化，将155天的整个储存期（4月25日至9月26日）划分为三个代表性阶段。具体而言，选择运行第23-28天（5月17日至5月22日）、第74-79天（7月7日至7月12日）和第125-130天（8月27日至9月1日）分别作为早期、中期和晚期的典型时段。在此基础上，本节

结论

基于中国北方太原市的典型气象年数据和实际地质条件，本文建立了一个耦合光伏太阳能集热器和地埋管换热器的热储能系统。在储热期间，研究了系统在非保温条件下的储热性能。提出了三个创新性的评价指标，即光伏太阳能集热器表面得热量、失热量和失热率。特别是，提出了两种保温控制方法并进行比较

CRediT作者贡献声明

凡艳丽：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法学，形式化分析，概念构思。韩敏霞：撰写——初稿，可视化，验证，方法学，调查，数据整理。徐一硕：撰写——初稿，可视化，验证，方法学，调查，数据整理。袁丽娟：验证，监督，资源，项目管理，数据整理。王华军：撰写——审稿与编辑，监督，

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢中华人民共和国自然资源部浅层地热能重点实验室（编号：KLSGE202501-06）提供的支持。感谢南京工业大学语言文化学院王一帆女士对稿件文本的润色工作。特别是，我们感谢几位匿名审稿人提出的宝贵意见，帮助提升最终论文的质量。

凡艳丽|韩敏霞|徐一硕|袁丽娟|王华军