CN109855307A - 一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法 - Google Patents

Abstract

一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，该方法通过输入相应的参数完成加热系统参数、蓄热系统参数、换热系统参数以及风循环系统参数四个子系统构建，四个子系统之间相互联系，共同组成整个固体储热系统设计；其将固态储热系统的主体结构分为加热系统、蓄热系统、循环风系统、换热系统四个子系统，在明确各系统间关联参数的情况下，对固态储热系统的各子系统间进行单独的设计计算，可快速、简便地完成子系统参数的计算从而完成系统的设计，避免了系统整体设计时存在的参数较多、混杂的问题。

Description

一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法

技术领域

本发明内容涉及一种用于固态储热系统的设计计算方法，可实现固态储热系统的初步设计计算，可用于新能源(风电、光伏系统)消纳、分布式电热储能机组、电网调峰储热设备等固态储热系统的热力平衡计算。

技术背景

由于电网中存在较大的日负荷变化，对电网会产生较大的负荷变化冲击，影响电网的稳定运行；同时随着新能源发电系统的快速发展及可再生能源装机容量的不断增长，出现了一系列新能源消纳的问题。固态储热系统作为一种新型的能量存储系统，将新能源(风能、光伏系统)产生过剩的电能或者电网谷时段的电能转化成热能存储起来，在电网负荷峰值时段进行释放利用，不但可对电能资源进行充分利用，而还可以实现电网的“削峰填谷”，使电网稳定运行。固态储热系统是电能消纳以及热量存储的主体，对储热系统进行设计计算是必不可少的。

发明内容

发明目的

本发明提供一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，其主要针对于高温固态储热系统的设计，提出一种固态储热系统的设计计算方法，用来解决储热系统的设计问题。

技术方案

一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：该方法通过输入相应的参数完成加热系统参数、蓄热系统参数、换热系统参数以及风循环系统参数四个子系统构建，四个子系统之间相互联系，共同组成整个固体储热系统设计；具体如下：

蓄热体参数：输入蓄热功率P₁、蓄热时间t、蓄热裕度m及蓄热单元基本参数得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

加热系统参数：输入与“蓄热体参数”中的蓄热功率P₁等值的加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件所用加热丝长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

根据蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e得出蓄热砖孔数，之后根据需求对加热元件进行排布。

换热系统参数：输入与蓄热体参数中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数：输入换热系统参数中的换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂得出变频风机的风量S₄，并利用该变频风机的风量S₄结合风压ΔP得出电机功率。

上述步骤可以按照上述的先后顺序依次进行。

加热系统参数构建方法如下：

加热系统的设计计算主要是加热元件设计计算，在加热系统中，利用10kV～66kV高电压对储热体内嵌入型电阻元件直接进行加热。以系统设计加热功率P，三相加热电压U，加热元件基本参数(包括加热元件直径D、电阻率ρ、温度系数b等)为系统的输入值，对加热元件长度L以及表面负荷W进行计算，选取表面负荷合适的加热元件。对加热系统的设计计算主要包括两步：

第一步：对加热元件所用加热丝长度进行计算，蓄热单元中加热元件加热功率为P，三相加热电压U，单相加热元件数量为n，所用加热元件的电阻率为ρ，温度系数为b，加热元件直径D，则加热元件所需加热丝长度L为：

第二步：依据第一步对加热元件所需加热丝长度L计算，对加热元件的表面负荷进行计算(因为加热丝规格不同，表面负荷也不同，产生的温度也不同，使用寿命也不同，因为加热丝有随表面负荷的寿命曲线，因此要控制表面负荷，可以通过加热丝的直径和长度共同控制，先假定一个加热丝的直径(有国标)，对加热丝长度进行计算，之后再根据求出的长度和之前设定的加热丝直径对加热丝的表面负荷进行判段)，表面负荷W为：

表面负荷是衡量电热元件使用寿命和耐热性的重要指标，加热元件的表面负荷越大，电热元件的温度越高，因此加热元件的表面负荷应适中，通常取3～8W/cm²。

蓄热体参数构建方法如下：

蓄热系统中蓄热体作为储存热量的主体，蓄热单元的数量以及排布方式决定了蓄热体的蓄热量、取热方式以及加热均匀性。对于蓄热体结构设计计算可以分为如下几步：

第一步、对蓄热系统的蓄热量进行计算，在已知蓄热系统的蓄热功率P₁、蓄热时间t及蓄热裕度m的情况下，蓄热体的总蓄热量Q可以表示为：

Q＝mP₁t (3)

第二步、对蓄热单元数量计算，在蓄热体总蓄热量Q、蓄热体初始T₀、加热结束温度T、单个蓄热单元的体积V、密度ρ₁及比热c已知的情况下，则蓄热单元数量n₁可表示为：

第三步、对蓄热单元的排布数量进行计算，在已知蓄热单元数量n₁，蓄热体横向排数a，蓄热体高度排数d的情况下，蓄热体纵向排数e(这个纵向排数就是与横向排数和高度排数垂直的那个方向)可表示为：

蓄热功率P₁在数值上与加热功率P相等。

换热系统参数构建方法如下：

固态储热系统中换热系统设计计算主要是换热器的选型计算，换热器选型计算主要对换热器的关键参数，即换热面积、换热管的管程数等。

第一步、换热器换热面积计算，对换热器进行选型计算需要已知换热器的最大换热负荷J，换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，则换热面积为：

其中温差ΔT的求取采用对数平均温差，可表示为：

而换热器的最大供热负荷J则由总蓄热量Q和最快放热时间t₁决定(这个最快放热时间是根据需求设定的，比如正常情况下热量8小时放完，现在需要供暖的水温高，则需要加快放热速度，放热时间也会随之减少，最快放热时间就是指热量放完的最短时间)，J＝Q/t₁；

第二步、换热器换热管程数计算；首先需要选择换热管长度、直径，换热管的长度与管径相适应，再根据第一步确定的换热面积可知换热器的换热管程数n₂为：

换热管的长度与管径相适应指的是管长(L₁)与管径(D₁)之比，即L₁/D₁为4～6。

风循环系统参数构建方法如下：

风循环系统的设计计算主要对变频风机进行选型计算，变频风机的功率确定主要与风机所需提供的风量S₄、风压ΔP有关，因此对于变频风机电机功率计算主要包括风量和风压的计算。

第一步、变频风机风量计算，其风量S₄与换热器出口空气流量S₂相等：即S₁＝S₃，因此，在已知换热器进、出口空气比热c₁，c₂的情况下，变频风机的风量S₄为：

第二步、变频风机风压计算，变频风机的风压ΔP：即系统的流阻，主要由五部分组成，分别为蓄热通道流阻ΔP_f1，换热器流阻ΔP_f2，低温风道流阻ΔP_f3，高温风道流阻ΔP_f4以及换热系统后流阻ΔP_f5组成，各流阻可由式(11)和式(12)计算可得：

ΔP＝ΔP_f1+ΔP_f2+ΔP_f3+ΔP_f4+ΔP_f5 (10)

式中：λ为沿程摩擦阻力系数；I为通道长度；de为通道截面当量直径；ω为空气流速；ρ₂为各通道内空气密度；T_w为蓄热体或换热器壁面平均温度；T₅为空气平均温度。

第三步、根据第一、二步所得到的风机所需提供的风量S₄及风压ΔP，当电机效率η已知时，则电机功率N为：

空气流速ω计算公式如下：

式中，S₅为各通道空气总流量，A₁为各通道的流通总面积。

一种固态储热系统的热力平衡设计系统，其特征在于：

该系统包括加热系统参数构建模块、蓄热体参数构建模块、换热系统参数构建模块和风循环系统参数构建模块；

加热系统参数构建模块：输入系统设计加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件所用加热丝长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

蓄热体参数构建模块：输入与“加热系统参数构建模块”的加热功率P等值的蓄热功率P₁、蓄热时间t及蓄热裕度m得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

换热系统参数构建模块：输入与蓄热体参数构建模块中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数构建模块：输入换热系统参数构建模块中的换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂得出变频风机的风量S₃，并利用该变频风机的风量S₃结合风压ΔP得出电机功率。

优点效果

本方法提供一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，固态储热系统是将储热与换热结合为一体的系统，系统由蓄热机组(包括蓄热体和加热丝)、换热机组(包括换热器和变频通风机)、保温壳体、炉体外壳等结构等组成，根据系统结构将固态储热系统分为加热系统、蓄热系统、循环风系统、换热系统四个子系统，四个子系统相互联系、相互影响，各子系统的热力平衡关系，蓄热系统的设计必须要明确加热功率，加热时长，蓄热体初、终温度等值，此值需蓄热系统设计前确定，且可根据需要进行调整；蓄热系统中蓄热体孔数为加热系统的一个输入量，当明确加热系统的电压和功率时，蓄热系统中蓄热体孔数影响加热丝长度及加热丝表面负荷，最终影响到加热丝的形状设计；同时依据蓄热系统所确定的最大供热负荷，上、下风道温度等值将直接影响换热系统的设计，蓄热系统中风道、风孔产生的流阻还将影响到循环风系统的设计；由换热系统将确定的整个固态储热系统所需流量以及换热系统所产生的流阻，这将直接决定循环风系统的设计计算。因此，此发明依据固态储热系统四个子系统之间的热力平衡关系，设计出一套关于固态储热系统的初步设计计算流程，

在加热系统中通过从三相→单相→单根的设计计算思路，提出了求取加热丝长度以及表面负荷的计算流程及计算方法；蓄热系统中在满足蓄热功率要求的基础上，从总蓄热量和单块砖体蓄热量出发，提出了求取蓄热砖数量的计算流程及计算方法；换热系统中主要以换热器的设计计算为主，从换热器的换热功率，换热器进、出口空气温度，换热器供、回水温度等条件为出发点，提出了换热器设计计算流程及计算方法；风循环系统中，从变频通风机需要提供的风压和流量出发，提出了风循环系统的计算流程及计算方法；同时在明确各个固态储热系统子系统之间关系的前提下，提出了固态储热系统的热力平衡计算流程及计算方法。

此方法依据固态储热系统四个子系统之间的热力平衡关系，设计出一套关于固态储热系统的初步设计计算流程：

1)加热系统设计计算方法：

本方法中加热系统的设计计算主要是加热丝设计计算，在加热系统中，利用10kV～66kV高电压对储能体中的电阻丝直接进行加热，需要对加热丝参数进行计算，加热丝的主要参数有加热丝长度和加热丝表面负荷。对于加热丝长度和加热丝表面负荷求取，遵循从三相到单相再到单根的计算原则，首先设定加热丝所需的功率和电压，然后根据电功率公式P＝UI以及欧姆定律U＝IR求出单相电阻丝上的电压、电流及功率，再根据单相上电阻丝根数求出单根电阻丝的电流、电压、电阻及功率，最后电阻率表达式求出电阻丝的长度。

2)蓄热体设计计算方法：

蓄热系统中蓄热体作为储存热量的主体，蓄热体的结构决定了蓄热体的蓄热量、取热方式、加热均匀性。蓄热系统的设计首先要确定所设计蓄热体的蓄热功率、蓄热时间以及蓄热裕度，在明确上述值之后，根据热量计算公式Q＝mP₁t算出蓄热体的总蓄热量，当蓄热体初始、最终温度以及蓄热砖基本参数确定之后，根据Q₁＝cρ₁Vn(T-T₀)计算出单个蓄热砖的蓄热量，根据总蓄热量以及单块砖体的蓄热量即计算出蓄热砖的块数，最后利用计算出的蓄热砖块数对蓄热体的结构进行设计；蓄热砖基本参数包括密度、体积、比热容；

3)换热系统设计计算方法：

固态储热系统中换热系统的设计计算主要是换热器的设计计算，换热器的设计计算首先要明确换热器的关键参数，即换热功率、换热面积、换热系数与换热管的基本参数。首先换热器设计计算要明确换热器的最大换热负荷、换热器的进口空气温度和出口空气温度以及换热器的供水口温度、回水口温度参数，设定合适的传热系数后即根据热传递公式求取换热面积，与换热器进出口空气温度、供回水温度有关；然后依照需求确定换热管的基本参数，即长度、直径后求得单根换热管的换热面积，根据单根换热管的换热面积以及换热器总换热面积求取换热器的管程数，管内的空气流速；

4)风循环系统设计计算方法：

风循环系统的设计计算主要是变频通风机的设计计算，变频通风机的设计计算主要为电机功率、转速的设计计算。变频通风机转速的确定依赖于所需电机功率、流量以及压强等参数，而变频通风机的功率则由变频通风机所要提供的风量、风压以及效率决定。根据则求出电动机功率，变频通风机需要提供的风压和风量由蓄热体和换热器各部分流阻和换热器出口空气流量决定，若要保持换热器供回水温度恒定，则需调节变频通风机转速满足不同工况运行要求。

本方法提供一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，其将固态储热系统的主体结构分为加热系统、蓄热系统、循环风系统、换热系统四个子系统，在明确各系统间关联参数的情况下，对固态储热系统的各子系统间进行单独的设计计算，可快速、简便地完成子系统参数的计算从而完成系统的设计，避免了系统整体设计时存在的参数较多、混杂的问题。

附图说明

图1：固态储热系统工作原理图；

图2：高温固态储热系统热力计算各部分计算参数关系图；

图3：加热系统设计计算流程图；

图4：蓄热系统设计计算流程图；

图5：换热系统设计计算流程图；

图6：循环风系统设计计算流程图；

图7：固态储热系统热力平衡设计计算流程图。

具体实施方式

本方法提供一种固态储热系统的热力平衡计算与设计方法，固态储热系统是将储热与换热结合为一体的系统，系统由蓄热机组(包括蓄热体和加热元件)、换热机组(包括换热器和变频通风机)、保温壳体、炉体外壳等结构等组成，如图1所示，根据系统结构将固态储热系统分为加热系统、蓄热系统、换热系统、循环风系统四个子系统，四个子系统相互联系、相互影响，各子系统的热力关系如图2所示。根据各子系统间的关系可实现系统各部分的独立计算，从而完成整个系统的设计。蓄热系统的设计以蓄热功率P，加热时长t，蓄热体初始温度T₀、蓄热体加热结束温度T为输入量，在已知蓄热单元参数的情况下对蓄热单元数量、蓄热体排列方式进行计算，如图4所示；同时以加热功率P、蓄热通道数量作为蓄热系统作为加热系统与蓄热系统的联系参数，在确定加热系统电压U、加热元件参数以及加热元件数量后，对加热元件的所用加热丝长度及加热元件表面负荷进行确定，如图3所示；换热系统和蓄热系统间以蓄热系统的蓄热量Q、蓄热体的蓄热体初始温度T₀、蓄热体加热结束温度T为联系变量，在明确换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k等参数的情况下，对换热器选型所需要的参数：换热面积、换热管数量等进行计算，如图5所示；风循环系统则通过换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂、蓄热体初始温度T₀、蓄热体加热结束温度T以及换热器的最大供热负荷J为联系参数，对风循环系统的变频风机风量S₄，变频风机风压ΔP进行计算，从而进一步计算出变频风机的功率，如图6所示。本发明依据上述的固态储热系统四个子系统之间的热力平衡关系，从而设计出一套关于固态储热系统的初步设计计算流程，如图7所示。下面对上述几个子系统的设计进行具体解释。

1)加热系统设计计算方法

加热系统的设计计算主要是加热元件设计计算，在加热系统中，利用10kV～66kV高电压对储热体内嵌入型电阻元件直接进行加热。以系统设计加热功率P，三相加热电压U，加热元件基本参数(包括加热元件直径D、电阻率ρ、温度系数b等)为系统的输入值，对加热元件长度L以及表面负荷W进行计算，选取表面负荷合适的加热元件。对加热系统的设计计算主要包括两步：

第一步：对加热元件的长度进行计算，蓄热单元中加热元件加热功率为P，单相加热元件数量为n，所用加热元件的电阻率为ρ，温度系数为b，加热元件直径D，则加热元件所需加热丝长度L为：

第二步：依据步骤1对加热元件所需加热丝长度L计算，对加热元件的表面负荷进行计算，表面负荷是衡量电热元件使用寿命和耐热性的重要指标，加热元件的表面负荷越大，电热元件的温度越高，因此加热元件的表面负荷应适中，通常取3～8W/cm²。表面负荷W为：

2)蓄热体设计计算方法

蓄热系统中蓄热体作为储存热量的主体，蓄热单元的数量以及排布方式决定了蓄热体的蓄热量、取热方式以及加热均匀性。对于蓄热体结构设计计算可以分为如下几步：

第一步、对蓄热系统的蓄热量进行计算，在已知蓄热系统的蓄热功率P₁(在数值上与加热功率P相等)、蓄热时间t及蓄热裕度m的情况下，蓄热体的总蓄热量Q可以表示为：

Q＝mP₁t (17)

第二步、对蓄热单元数量计算，在蓄热体总蓄热量Q、蓄热体初始T₀、加热结束温度T、单个蓄热单元的体积V、密度ρ₁及比热c已知的情况下，则蓄热单元数量n₁可表示为：

第三步、对蓄热单元的排布数量进行计算，在已知蓄热单元数量n₁，蓄热体横向排数a，蓄热体高度排数d的情况下，蓄热体纵向排数e可表示为：

3)换热系统设计计算方法

固态储热系统中换热系统设计计算主要是换热器的选型计算，换热器选型计算主要对换热器的关键参数，即换热面积、换热管的管程数等。

第一步、换热器换热面积计算，对换热器进行选型计算需要已知换热器的最大换热负荷J，换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，则换热面积为：

其中温差ΔT的求取采用对数平均温差，可表示为：

而换热器的最大供热负荷J则由总蓄热量Q和最快放热时间t₁决定，J＝Q/t₁；

第二步、换热器换热管程数计算。首先需要选择换热管长度、直径，换热管的长度与管径相适应，一般情况下管长(L₁)与管径(D₁)之比，即L₁/D₁为4～6，再根据第一步确定的换热面积可知换热器的换热管程数n₂为：

4)风循环系统设计计算方法

风循环系统的设计计算主要对变频风机进行选型计算，变频风机的功率确定主要与风机所需提供的风量S₃、风压ΔP有关，因此对于变频风机电机功率计算主要包括风量和风压的计算。

第一步、变频风机风量计算，其风量S₄与换热器出口空气流量S₂相等：即S₂＝S₄，因此，在已知换热器进、出口空气比热c₁，c₂的情况下，变频风机的风量S₄为：

第二步、变频风机风压计算，变频风机的风压ΔP：即系统的流阻，主要由五部分组成，分别为蓄热通道流阻ΔP_f1，换热器流阻ΔP_f2，低温风道流阻ΔP_f3，高温风道流阻ΔP_f4以及换热系统后流阻ΔP_f5组成，各流阻可由式(11)和式(12)计算可得：

ΔP＝ΔP_f1+ΔP_f2+ΔP_f3+ΔP_f4+ΔP_f5 (24)

第三步、根据第一、二步所得到的风机所需提供的风量S₄及风压ΔP，当电机效率η已知时，则电机功率N为：

空气流速ω计算公式如下：

式中，S₅为各通道空气总流量，A₁为各通道的流通总面积。

其中：

换热管管内的空气流速ω计算公式如下

式中：S₁为换热管横截面积。

一种固态储热系统的热力平衡设计系统，其特征在于：

该系统包括加热系统参数构建模块、蓄热体参数构建模块、换热系统参数构建模块和风循环系统参数构建模块；

蓄热体参数构建模块：输入蓄热功率P₁、蓄热时间t及蓄热裕度m得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

加热系统参数构建模块：输入与“蓄热体参数构建模块”的蓄热功率P₁等值的系统设计加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

换热系统参数构建模块：输入与蓄热体参数构建模块中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数构建模块：输入换热系统参数构建模块中的换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂得出变频风机的风量S_3，并利用该变频风机的风量S₃结合风压ΔP得出电机功率。

本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

100kW固体蓄热装置热力平衡计算结果

Claims (10)

1.一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：该方法通过输入相应的参数完成加热系统参数、蓄热系统参数、换热系统参数以及风循环系统参数四个子系统构建，四个子系统之间相互联系，共同组成整个固体储热系统设计，具体如下：

蓄热体参数：输入蓄热功率P₁、蓄热时间t、蓄热裕度m及蓄热单元基本参数得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

加热系统参数：输入与“蓄热体参数”中的蓄热功率P₁等值的加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件所用加热丝长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

换热系统参数：输入与蓄热体参数中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数：输入换热系统参数中的换热器进口空气温度T₁、出口空气温度T₂及换热系统得出变频风机的风量S₃，并利用该变频风机的风量S₃结合风压ΔP得出电机功率。

2.根据权利要求1所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：加热系统参数构建方法如下：

对加热系统的设计计算主要包括两步：

第一步：对加热元件所用加热丝长度进行计算，蓄热单元中加热元件加热功率为P，三相加热电压U，单相加热元件数量为n，所用加热元件的电阻率为ρ，温度系数为b，加热元件直径D，则加热元件所需加热丝长度L为：

第二步：依据第一步对加热元件所需加热丝长度L计算，对加热元件所用加热丝的表面负荷进行计算，表面负荷W为：

3.根据权利要求2所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：加热元件的表面负荷取3～8W/cm²。

4.根据权利要求1所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：蓄热体参数构建方法如下：

第一步、对蓄热系统的蓄热量进行计算，在已知蓄热系统的蓄热功率P₁、蓄热时间t及蓄热裕度m的情况下，蓄热体的总蓄热量Q表示为：

Q＝mP₁t (3)

第二步、对蓄热单元数量计算，在蓄热体总蓄热量Q、蓄热体初始T₀、加热结束温度T、单个蓄热单元的体积V、密度ρ₁及比热c已知的情况下，则蓄热单元数量n₁表示为：

第三步、对蓄热单元的排布数量进行计算，在已知蓄热单元数量n₁，蓄热体横向排数a，蓄热体高度排数d的情况下，蓄热体纵向排数e表示为：

5.根据权利要求4所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：蓄热功率P₁在数值上与加热功率P相等。

6.根据权利要求1所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：换热系统参数构建方法如下：

第一步、换热器换热面积计算，对换热器进行选型计算需要已知换热器的最大换热负荷J，换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，则换热面积为：

其中温差ΔT的求取采用对数平均温差，表示为：

而换热器最大供热负荷J则由总蓄热量Q和最快放热时间t₁决定，J＝Q/t₁；

第二步、换热器换热管程数计算；首先需要选择换热管长度、直径，换热管的长度与管径相适应，再根据第一步确定的换热面积知换热器的换热管程数n₂为：

7.根据权利要求6所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：换热管的长度与管径相适应指的是管长(L₁)与管径(D₁)之比，即L₁/D₁为4～6。

8.根据权利要求1所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：风循环系统参数构建方法如下：

第一步、变频风机风量计算，其风量S₄与换热器出口空气流量S₂相等：即S₂＝S₄，因此，在已知换热器进、出口空气比热c₁，c₂的情况下，变频风机的风量S₄为：

第二步、变频风机风压计算，变频风机的风压ΔP：即系统的流阻，主要由五部分组成，分别为蓄热通道流阻ΔP_f1，换热器流阻ΔP_f2，低温风道流阻ΔP_f3，高温风道流阻ΔP_f4以及换热系统后流阻ΔP_f5组成，各流阻由式(11)和式(12)计算得：

ΔP＝ΔP_f1+ΔP_f2+ΔP_f3+ΔP_f4+ΔP_f5 (10)

式中：λ为沿程摩擦阻力系数；I为通道长度；de为通道截面当量直径；ω为空气流速；ρ₂为各通道内空气密度；T_w为蓄热体或换热器壁面平均温度；T₅为空气平均温度。

第三步、根据第一、二步所得到的风机所需提供的风量S₄及风压ΔP，当电机效率η已知时，则电机功率N为：

9.根据权利要求8所述的一种固态储热系统的热力平衡设计方法，其特征在于：空气流速ω计算公式如下：

式中，S₅为各通道空气总流量，A₁为各通道的流通总面积。

10.一种固态储热系统的热力平衡设计系统，其特征在于：

该系统包括加热系统参数构建模块、蓄热体参数构建模块、换热系统参数构建模块和风循环系统参数构建模块；

蓄热体参数构建模块：输入蓄热功率P₁、蓄热时间t及蓄热裕度m得出蓄热单元数量n₁和蓄热体纵向排数e作为蓄热体参数；

加热系统参数构建模块：输入与“蓄热体参数构建模块”的蓄热功率P₁等值的系统设计加热功率P，三相加热电压U，并以加热元件基本参数为系统的输入值，对加热元件长度L以及表面负荷W进行计算，得出表面负荷合适的加热元件参数作为加热系统设计参数；

换热系统参数构建模块：输入与蓄热体参数构建模块中等同的蓄热功率P₁、最快放热时间t₁、换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂，换热器的供水口温度T₃、回水口温度T₄以及传热系数k，得出换热面积及换热管程数n₂作为换热系统参数；

风循环系统参数构建模块：输入换热系统参数构建模块中的换热器的进口空气温度T₁、出口空气温度T₂得出变频风机的风量S₃，并利用该变频风机的风量S₃结合风压ΔP得出电机功率。