土壤新风换热系统在博物馆建筑中的应用研究.pdf

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1、第32卷第9期可再生能V0l_32No．92014年9月RenewableEnergyResourcesSept．2014土壤新风换热系统在博物馆建筑中的应用研究杨艳芳一，刘雄，周敏(1．中冶东方工程技术有限公司，内蒙古包头014010；2．西安建筑科技大学，陕西西安710055；3．中国建筑西北设计研究院，陕西西安710018)摘要：土壤新风换热系统是利用浅层地表土壤中所蕴藏的冷热量，对室外空气进行冷却和加热的系统。文章归纳整理出了湿陷性黄土热物性的计算方法以及土壤温度分布计算模型，并分析了西安地区土壤温度的变化特性：针对地下埋

2、管土壤新风换热系统，给出了其在连续运行和间歇运行工况下的数学计算模型，并分析了系统在西安典型气象条件下的夏季降温、冬季升温性能。在理论研究的基础上，完成了西安汉长安城直城门项目的地下埋管土壤新风换热系统设计，并利用上述项目的设计数据和预算定额从初投资、运行费用等方面对地下埋管土壤新风换热系统的经济性进行了探讨。关键词：地下埋管；土壤；新风；应用中图分类号：TK529文献标志码：A文章编号：1671-5292(2014)09—1352—070引言统的研究较少。实际工程应用目前也鲜有公开报随着经济的发展和人民生活水平的提高，建道。本文

3、以陕西省西安市汉长安城直城门遗址博筑能耗在能源消耗中所占比例不断上升。据统计，物馆项目的地下埋管土壤新风换热系统为例，对在我国社会总能源消耗中建筑能耗约占30％，其地下埋管土壤新风换热系统进行研究。中空调系统能耗约占建筑能耗的50％．而新风换1数学模型热系统的负荷占空调总负荷的20％～40％t“。由此1．1黄土土壤物性参数的计算可见，降低空调系统中新风负荷对建筑节能有着土壤热物性参数决定了土壤的传热性能，这重要的意义。些参数主要包括导热系数A、比热容C、热扩散率在暖通空调领域采用适宜的技术，充分利用等【21．不同土壤的比热容、导热

4、系数差异很大。土可再生能源，最大限度地减少系统的能源消耗和壤的热物性是土壤新风换热系统(EAHE)设计中使用过程中的有害物排放，从而改变高耗能的使的重要参数，因此，研究土壤的热物性对EAHE用方式，已成为建筑供暖供冷技术的发展要求。土的换热有着重要的意义。壤新风换热系统夏季利用土壤中所蕴藏的冷量来黄土热物性受土体含水量的影响较大，王铁预冷新风，冬季利用土壤中所蕴藏的热量来预热行对西部地区浅层黄土的组成及物理特性进行了新风，该系统具有结构简单，节能环保的特点，所研究．给出了由土壤含水量和密度确定的黄土(湿以目前在国内外日益受到人们的

5、重视。陷性黄土)导热系数的关系式[3J：土壤新风换热系统分为地道风系统和地下埋A：(4．1709+1504)10。。。。(1)管土壤新风换热系统两种类型。目前，地道风系统式中：A为土壤导热系数，W／(m·K)；为土壤密在我国已经得到了很大的发展，在礼堂、影剧院等度，kg／m3；o9为土壤中的含水量，％。公共建筑，纺织厂、钢铁厂等工业建筑中都得到了文献[4]给出了土壤容积比热容计算公式：广泛的运用。但是关于地下埋管土壤新风换热系Cv-=Pd(cr~+09c)(2)收稿日期：2014—01—06。基金项目：国家自然科学基金项目(510

6、78302)。作者简介：杨艳芳(1985一)，女，硕士研究生，研究方向为热泵及热能利用技术。E-mail：yyf20041309@163．corn通讯作者：刘雄(1963一)，男，副教授，研究方向为热能利用、制冷及热泵技术。E-mail：liuxi0ng63O91O@163．com·1352·杨艳芳。等土壤新风换热系统在博物馆建筑中的应用研究式中：c为一般矿物质质量比热容，kJ／(kg·K)，成温度波的衰减，并且相对于地面温度波也会有本文取为0．85kJ／(kg·K)；C为水的质量比热容，时间上的延迟。土壤的这些特性为土壤新风换热

7、kJ／(kg·K)，本文取为4．2kJ／(kg·K)。系统降温(加热)工程的应用提供了良好的冷、热热扩散率的计算公式：源条件a=M(pc)(3)1．3土壤新风换热系统理论计算数学模型西安地区土壤为湿陷性黄土，根据西安地区目前，对地下埋管土壤新风换热系统中空气土壤热物性参数可知阁，土壤含水量为20％、密与土壤之间换热过程的研究一般采用地道风系统度P为1857kg／m时，可计算出c为1．61kJ／(kg·k)，的数学计算模型[61，[81：为1．186W／m·k)，a为0．00143m2／h。一tx=to+(tw-t0)e～(5)1．

8、2土壤温度计算数学模型式中：为地道断面处的空气温度，℃；G为空气土壤新风换热系统(EAHE)的传热主要发流量，kg／s；为风道周围岩石的初始温度，oC；t生在空气与土壤之间，所以必须考虑土壤温度为进风温度，℃；S为风道断面周长，m；K为传热的变化，