地道蓄热作用下建筑室内气流动态换热模型与实验研究

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1、地道蓄热作用下建筑室内气流动态换热模型与实验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：张锦鹏指导教师：阳东副教授专业：供热、供燃气、通风及空调工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月HeatTransferModelandExperimentsofBuildingIndoorAirundertheHeatStorageEffectsofGroundAirTunnelsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeof

2、EngineeringByZhangJinpengSupervisedbyAssProf.YangDongSpecialty:Heating,Gassing,VentilatingandAir-conditioningEngineeringCollegeofUrbanConstruction&EnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要地道风系统作为一项绿色节能的建筑通风技术在国内外已有广泛的研究和应用，虽然早在上世纪70年代我国就开始发展地道风技术，但随着经济发展和空调的广

3、泛应用，地道风系统逐渐被空调技术代替。近年来我国经济发展迅速，城镇化进程不断加快，与此同时所带来的建筑高能耗问题也愈加凸显，发展绿色建筑和建筑节能技术已经成为全社会共同关注的重大课题，地道风系统凭借其节能、经济、简单的优点再次引起国内外学者的重视。目前国内外学者对地道风系统做了大量研究，但在理论上尚没有将地道和地上建筑的换热过程进行耦合分析，且在研究方法上多采用CFD数值模拟和实地监测的手段，基于以往研究的不足，本文采用理论分析推导和小尺寸模型实验相结合的方法，对地道风系统与建筑的耦合热过程进行了深入研究。相似理论分析是进行小尺寸模型实验的基础，本文将地道通风相似分解为流动相似和

4、传热相似两部分，每部分进一步分解为地道和建筑两方面进行分析，对动量微分方程和导热微分方程做无量纲化处理，得到地道风系统的关键相似准则数为雷诺数Re、阿基米德数Ar和傅里叶数Fo，对流动相似和传热相似进行综合分析，为模型实验比例尺选择和实验选材提供了理论指导。通过对地道风系统进行物理简化进而建立理论模型，对地道土壤导热微分方程做拉普拉斯变换，然后根据线性分解与叠加原理将各温度分解为平均值和波动值两部分代入热平衡方程，进而求得地道内空气温度和室内空气温度的解析表达式。关于渗透厚度，历来求解方法多样，本文就此进行归纳总结，同时提出了一个更为合理有效的计算公式。基于上述相似理论分析，本文

5、采用小尺寸模型实验对地道风系统进行研究，不同于以往的建筑通风实验，本实验不仅考虑地道传热的相似，而且还缩短了时间比例尺，提高了实验效率，体现了地道风系统小尺寸模型实验的优势。通过实验数据曲线与理论模型曲线对比，得出本文所推导的地道内空气温度和室内空气温度的数学解析模型具有较高的准确性和可靠性。最后在理论模型推导结果的基础上对影响地道风系统效果的关键参数（地道埋深、半径、长度、通风量以及建筑外墙和建筑内部蓄热体）进行了分析，分别展示了各个因素在年、日周期工况下对建筑热环境改善效果的影响趋势。总而言之，本文所提出的定量计算公式为地道风系统的设计计算和运行操作提供了技术支持。关键词：地

6、道风系统，相似理论，数学模型，小尺寸实验，因素分析I英文摘要ABSTRACTAsagreenenergy-savingbuildingventilationtechnology,EarthtoAirHeatExchangerSystem(EAHES)hasbeenwidelyresearchedandappliedathomeandabroad.Earlyinthe1970s,theEAHESwasdevelopingrapidlyinourcountry,butwiththeeconomicdevelopmentandwideapplicationofairconditioni

7、ng,EAHESwasgraduallyreplacedbytheair-conditioningtechnology.Inrecentyears,Chineseeconomyhasaquickdevelopment,andurbanizationcontinuestoaccelerate,buildingenergyconsumptioncausedbythesametimehasbecomeevenmoreprominent.Developmentofgreenbuildin