当春天到来，供暖季节结束时，保持温暖变得不再是一个问题。然而，科学家提醒我们，这不仅仅是季节性的需求——热量也是一种宝贵的能源资源，可以储存并在最需要时使用。卡乌纳斯科技大学（KTU）的研究人员发现了一个创新的解决方案：利用土壤作为高效的热能储存系统。
KTU教授Tadas Ždankus博士及其团队一直在研究土壤如何不仅可以用于建筑目的，还可以作为热量储存的介质。他们研究的核心是一个地下热量蓄冷器，可以将多余的能量储存于地下，并在需求高峰时提供。”我们的目标是将通常会作为废物散失到地面上的热量转化为有用的能源，”Ždankus博士解释道。
地下热量储存潜力
在研究开始时，Ždankus教授和团队探索了如何利用风能来生产热量而不是电力。他们采用了液压系统，而不是传统的发电机。研究人员发现，通常被视为低效的液压损失实际上是产生可用热量。”我们试图消除的液压损失实际上就是热量的产生，”KTU的一位教授说。
然而，在到达建筑物之前，这部分热量在寒冷季节中就已经损失了。”问题在于如何不仅减少热量向地下的损失，还能够储存和保持它以供将来使用，”Ždankus补充道。
为了测试这个想法，研究人员进行了一些实验，使用一个人工热源放置在表层土壤中。他们测量了热量的扩散、移动速度以及在土壤中的持续时间。在一次测试中，土壤被加热到水分开始蒸发的程度——触发了相变，即液态水变为水蒸气。
“相变是一种高效的储存热量的方式。可以向土壤充入显著更高的能量，”KTU的一位教授解释道。
随着蒸汽在地下移动，它将热量分布到更广泛的区域。”我们注意到蒸汽流到达的地方温度急剧上升。这意味着能量在移动，可以被控制，”Ždankus教授说道。
这样的系统可以帮助平衡区域供热网络，或缓解电网超负荷时的压力。”也有可能在住宅建筑、街道或停车场下面安装热量蓄冷器，”他补充道。
这项研究表明，地下热量储存的效率远远高于之前的相信。此外，类似的原理也可以应用于冷却。”地下冷却或凉爽储存也是可能的，”KTU的一位专家指出。
将土地变成能量单元
一旦确认了地下热量储存的可行性，研究人员开始探索其实际应用。他们想看看建筑物下面的土壤是否可以被动地储存热量，利用建筑物自然向下流动的热量。”我们从实验室开始。开发了一个原型地面能量单元，并搭建了一个测试装置，以研究热量如何在土壤中传播。研究测量了不同深度的温度，包括地表和空气中的温度，”Ždankus博士解释道。
团队检查了土壤保留热量的时长以及它返回到原始温度的速度。这些发现有助于评估这种储存方法的长期可靠性。
KTU的硕士生也参与了这个项目。测量和计算跨越了一整年，使团队能够监测季节性影响，并将结果与现有气候数据进行比较。”为期一年的测量揭示了土壤温度的自然季节性模式，并让我们识别出几个趋势，”教授分享道。
还进行了额外的数值模拟，以评估潜在的热量损失以及建筑物下热量储存的有效性。”我们发现，即使在建筑物下被动使用一个隔离的土壤体积也可以减少热量损失并提高能源效率。热量损失越少，供暖所需的能源也就越少，从而带来能源节约。如果这些热量来自燃烧化石燃料或生物质，我们的解决方案也能降低二氧化碳排放，”Ždankus指出。
为了使这些基于土壤的储存系统适合广泛使用，研究人员现在正在开发缩小版原型，并完善热量分配控制方法。根据KTU土木工程与建筑系的科学家，项目正在通过与各个领域专家的合作而发展——从岩土工程师到能源系统专家。
“我们最近的目标是将现有解决方案整合到一个系统中，例如钻孔、桩以及其他地下热交换技术，以惠及工业和住宅部门，”他总结道。
