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套管式土壤------空气换热器实验研究点击：2130 日期：[ 2014-04-26 21:58:08 ] |
| 套管式土壤------空气换热器实验研究 孙克春1,徐玉梅1,龙恩深2 (1.洛阳理工学院,河南洛阳471023;2.重庆大学,重庆400045) [摘 要]本文介绍了土壤—空气换热系统的工作原理,并进行了相关实验研究。研究结果表明该实验系统具有良好的持续性和稳定性,新风经处理后温度降低、含湿量减小。可以认为在湿热地区,用地能对新风进行降温除湿是夏季改善室内空气品质和节约能耗的有效措施。 [关键词]湿热地区;高温高湿;土壤—空气换热器;降温除湿 [中图分类号]TU111.2 [文献标识码]A 1 引 言 以三大火炉(重庆、南京和武汉)为代表的长江 流域地区,夏季7、8月室外空气月平均气温基本在 28℃左右,月平均相对湿度基本在80%左右,气候 炎热潮湿,属于典型的湿热气候[1-2],夏季该地区室 外新风既需降温又要除湿。由于室内环境中存在着 污染物发生源,因此摄入一定量的新风是十分必要 的,而新风量标准对室内空气质量控制会产生直接 影响,同时新风负荷的高低对建筑热环境质量和建 筑节能有着重要作用;该地区夏季7、8月室外空气 月平均露点温度比较高,基本在24℃左右,而大地 的初始温度一般为15~20℃[3-4],多低于室外空气 的露点温度,是很好的天然冷源,因此,对于该地区 的居住建筑,可充分利用大地的蓄冷能力对室外新风进行降温除湿处理。 2 套管式土壤—空气换热器工作原理 图1为套管式土壤—空气换热实验系统示意 图。地井位于重庆大学B区的城环实验室外,深为 23 m、直径为130 mm,内管直径为80 mm,地下岩土 结构为泥土层—风化层—砂岩层,表层1·8 m内为 泥土层和风化层,1·8 m以下为砂岩层。地井环腔 为进口段,内风管为出口段,夏季室外新风沿井壁流 入,并和岩土进行热湿交换将热量释放给岩土,新风 温度降低含湿量减小,而后新风由内风管流出,最后 经抽风机送入空调房间,从而满足居住建筑室内通 风的要求。该实验系统运行条件如下:风量为12 m3/h,连续运行15 d(2008年7月28日~8月1 日),进口参数为该运行时段室外天气实际状况,数 据处理时均以每日15:00时的测试数据为代表进行处理。 该实验系统的初投资约为2 000元,其中包括打井费1 500元、风机成本200元、阀门和管道材料等费用300元;运行费用为运行时风机的电费。 3 套管式土壤—空气换热器实验研究 图2和图3分别为连续运行时运行首日和连续 运行15 d系统进出口和井底空气的温度变化曲线。 可以看出,该系统在运行首日,井底空气温度逐渐升 高,从20·54℃升高到21·15℃,1 d后井底空气的温 度趋于稳定,在21·5℃左右;系统出口空气温度因 受进口空气温度以及地温的共同影响,连续运行时 其温度基本稳定在24℃左右。可见,该实验系统运 行1 d后,土壤与空气之间的换热基本趋于稳定,地 井对新风的冷却除湿能力也基本趋于稳定。 图3连续运行时系统进出口和井底空气温度变化曲线 图4为连续运行时系统进出口空气温度及进出 口空气温差变化曲线。由图可知,室外新风经该试验系统处理后,进出口空气的最大温差达9·31℃, 出口空气温度基本稳定在24℃左右,进出口空气温差与进口空气温度的变化趋于一致,进口空气的温度越高,进出口空气的温差就越大,对应的系统降温量也就越大。 图5为连续运行时系统进出口空气含湿量及进 出口空气含湿量差变化曲线。由图可知,室外新风 经处理后,进出口空气的最大含湿量差达6·02 g/kg 干空气,出口空气含湿量基本稳定在16·5 g/kg干空 气,进出口空气含湿量差与进口空气含湿量的变化 趋于一致,进口空气的含湿量越高,进出口空气的含 湿量差就越大,对应的系统除湿量也就越大。 图6为连续运行时系统进出口空气焓值及进出 口焓差变化曲线。由图可知,室外新风经处理后,进 出口空气的最大焓差可达22·75 kJ/kg,出口空气焓 值基本上稳定在65 kJ/kg,进出口空气的焓差与进口 空气焓值的变化趋于一致,进口空气的焓值越高,进 出口空气的焓差就越大,对应的系统换热量也就越 大。 由图4~6可知,连续运行时室外的新风经处理后,出口空气的各项参数基本趋于稳定,所以该系统具有良好的持续性与稳定性;处理后的新风温度降低、含湿量减小、焓值降低。因此,用地能对新风进行降温除湿是该地区夏季改善室内空气品质和节约 能耗的有效措施。 图7和图8分别为间歇运行第1天和第2天系 统进口段空气的温度分布曲线(白天运行14 h,晚上 间歇10 h)。由图可知,间歇运行时,系统底部23 m 处空气的温度随运行时间的增加而逐渐增大,但一 般低于21℃,若相对湿度按100%来计算,则对应的 空气含湿量为15·84 g/kg干空气;系统进口16 m处 空气的温度都低于21·5℃,当相对湿度为100%时, 则对应的空气的含湿量为16·34 g/kg干空气;系统 进口12 m处空气的温度多低于22℃,当相对湿度 为100%时,则对应的空气的含湿量为16·86 g/kg干 空气。 图9为连续运行时运行第15天系统进口段空 气温度分布曲线。由图可知,连续运行时,系统底部 23 m处空气的温度随运行时间的增加逐渐增大,且 一般高于21℃,系统进口16 m处空气的温度多高于 21·5℃,系统进口12 m处空气的温度多高于22℃。 由图7~9可知,间歇运行时系统底部空气的温 度多低于21℃,而连续运行时系统底部空气的温度 都高于21℃。可见,间歇运行时系统底部空气的温 度和含湿量低于连续运行时系统底部的温度和含湿 量。因此,该实验系统宜采用间歇运行的方式。 4 结 论 1)长江流域广大地区夏季高温高湿,居住建筑 室内环境恶劣,通风可充分利用可再生能源改变住 宅室内的温湿度,并向室内提供新鲜空气,满足人们 的心理和健康需求。在该地区夏季,居住建筑可充 分利用大地的蓄冷能力对新风进行降温除湿处理。 2)该地区夏季室外新风采用该实验系统进行处理后,出口空气的各项参数具有良好的持续性和稳定性,进出口空气的温湿度差及焓差随进口空气温湿度及焓值的变化而变化;间歇运行时地井出口空气的温湿度比连续运行时低,该实验系统宜采用间歇运行的方式。 [参考文献] [1] 付祥钊.夏热冬冷地区建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业 出版社,2002. [2] 中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学 系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京:中国建筑 工业出版社,2005. [3] 孙克春.新风用地能降温除湿试验研究[D].重庆:重庆大学, 2008. [4] 孙克春,龙恩深,陈进军,等.夏热冬冷地区除湿方式探讨[J]. 建筑科学,2008,24(8):81~84. |
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