太阳能跨季节地下蓄热系统是太阳能利用领域新的研究方向,它是通过将非供暖季的太阳能蓄存于地下来实现冬季供暖,这对于平衡太阳能供给和热负荷需求在时间上的差异具有重要意义,然而,这一技术在国内的研究和应用很少,本课题对该系统在我国北方采暖区的应用做了初步研究。太阳能跨季节地下蓄热系统由集热系统、地下蓄热系统、供热房间、辅助供热系统及水泵等部分构成。不考虑辅助供热,地下蓄热系统的最佳容量取决于随太阳能集热器的集热量、所需的负荷及经济性因素,因此太阳能集热器面积与蓄热体积的匹配是影响系统经济性和太阳能保证率的关键条件。但本文的研究重点不在如何准确确定集热器面积和蓄热体积上,而是分析地下蓄热水箱在不做保温层时的蓄热取热特性。文中以太原地区一农村住宅建筑为例,利用FLUENT软件建立了地下蓄热水箱及周围土壤的三维数值计算模型,用Dest软件分析了其采暖负荷需求,将采暖负荷逐时变化情况作为蓄热水箱取热端的数据基础,将逐时太阳辐射强度变化情况作为蓄热水箱集热端的数据基础,利用FLUENT中的用户自定义函数(UDF),将这些数据分别转化为蓄热水箱取热端和集热端的动态边界条件,从而实现太阳能跨季节地下蓄热系统的模拟。为了解地下蓄热水箱在没有保温层的条件下,水箱及周围土壤连续多年的蓄热取热情况,同时又能避开数值计算周期过长的弊端,本文利用相似原理,对蓄热体建立相似模型以缩短数值计算时间。文章主要针对圆柱形地下蓄热水箱进行研究,比较了圆柱形水箱在不同高径比、不同土壤类型、不同埋地深度及不同集热器面积的条件下,水箱及周围土壤的温度分布,主要关注冬季供暖过程中水箱及周围土壤的取热情况。文中定义了太阳能保证率、土壤蓄热贡献率来表征蓄热水箱水和土壤的蓄热取热特性。模拟结果表明,经过6次蓄热取热过程后,土壤的蓄热贡献率达72.67%,随着系统运行年限增加,土壤蓄热贡献率平均每年增加3%;高径比为2的地下蓄热水箱太阳能保证率最高;粘土更适合作为地下蓄热水箱周围的蓄热介质;集热器面积是影响地下蓄热水箱蓄热放热特性的重要因素,随集热器面积增大,太阳能保证率也增大,但增大的程度有所减小;此外,埋地深度为8m的地下蓄热水箱对应的太阳能保证率高于埋地深度为4m时的太阳能保证率。