湖南村镇住宅地道风技术应用及设计研究

论文摘要

随着经济的飞速发展、人民生活水平的日益提高,空调在生活中使用普及率日渐增高。采暖空调的能耗随之急剧上升。充分利用大地所储蓄的自然能量来降低居住建筑的空调负荷,不仅可以节约建筑能耗,而且对环境保护也有很重要的意义。地道风降温工程利用地层对大自然能量的储存来降低室内冷负荷,具有投资少,能耗低的特点,在村镇地区具有很大的发展前景。本文在已有的国内外关于地道风降温工程研究的基础上,以湖南省华容县村镇区域常见住宅为例从两个方面来研究地道风降温工程,即地道风降温效果影响因素以及地道风实地工程的设计计算方法。地层土壤热物性参数对地道风降温效果有决定性的影响作用。文章首先列举了几种材料的热物性参数,并在热物性参数分析的基础上建立地层土壤内部温度计算模型,并得到地面表层温度在谐波变化时土壤内部温度的计算公式,根据该公式分析土壤内部温度变化特性。土壤内部温度变化特性的研究为地道风降温工程的应用推广提供了先决条件。其次,本文分析了夏季地道风降温的基本原理。室外空气进入地道以后与地道壁面发生传热反应,根据其传热过程的特点推导出传热过程中各种参数的计算公式,进而得到地道冷却终点温度的计算公式。根据实际情况建立物理模型,用软件编程计算来验证地道的冷却效果。根据软件模拟的计算结果得到地道中空气温度的初步变化规律。本文对影响地道风冷却效果的几个主要因素进行了深入的分析,发现地道长度、直径、埋深,地层温度以及埋管的布置方式等都对地道冷却效果有重要的影响。根据湖南农村地层温度偏低的情况,设计了循环风地道风系统。与普通的直流式系统相比,循环风系统能达到更好的冷却效果,同时也可以节省初投资。为了让地道风降温工程普及程度更高,本文给出了地道风降温工程在我国村镇地区的适应性,为地道风的普及提供重要参考。文章在模拟计算以后,引用了已有的实验数据与模拟数据进行对比分析,以证实模拟数据的可靠性。最后,本文为一个实际的地道风工程进行了工程设计。工程设计从地道风冷却效果和工程初投资两个方面来考虑,通过设计给出了两个优化的设计方案,以供人们在实际工程设计的时候参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 地道风降温技术国内外的应用实例
• 1.3 村镇地区地道风研究现状
• 1.3.1 已有村镇地区地道风工程应用实例
• 1.3.2 村镇住宅地道风工程应用实况
• 1.4 本文的研究目的和任务
• 1.5 本文的结构框架
• 第2章 地层温度的变化特点及计算
• 2.1 地层土壤的热物性参数分析
• 2.1.1 比热
• 2.1.2 热扩散系数
• 2.1.3 导热系数
• 2.2 地层原始温度的计算公式
• 2.3 地层原始温度的衰减分析
• 2.4 温度波在地层中传递时的时间延迟
• 2.5 某一时刻地层原始温度变化及计算
• 2.6 关于地层计算温度的分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 地道风降温的基本原理分析及计算
• 3.1 空气与地道的换热分析
• 3.1.1 空气在地道中的冷却过程
• 3.1.2 在i-d 图上表示空气在地道中的冷却过程
• 3.1.3 地道壁面放热系数
• 3.1.4 地道壁体导热过程分析
• 3.1.5 地道风降温工程中地道终点温度计算公式推导
• 3.2 物理模型的建立
• 3.2.1 物理模型的简化
• 3.2.2 物理模型的建立
• 3.2.3 求解条件
• 3.3 数值模拟计算顺序
• 3.3.1 计算总风量
• 3.3.2 计算地道风速
• 3.4 地道初步设计计算结果
• 3.4.1 直流式系统
• 3.4.2 循环风系统
• 3.5 本章小结
• 第4章 地道风降温效果的影响因素分析
• 4.1 地道尺寸变化的影响
• 4.1.1 地道长度对冷却效果的影响
• 4.1.2 地道深度对冷却效果的影响
• 4.1.3 地道直径对冷却效果的影响
• 4.1.4 采用2 或3 管并列布置的影响
• 4.2 地层平均温度对地道冷却效果的影响
• 4.3 地道风系统的适用性
• 4.4 模拟结果验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 地道风降温工程设计计算
• 5.1 华容地道风降温工程概况及设计要求
• 5.2 工程设计准备计算条件
• 5.3 埋管方案及送风参数计算对比
• 5.4 管道阻力计算
• 5.4.1 沿程阻力
• 5.4.2 局部阻力
• 5.5 风机选择
• 5.6 管沟施工成本
• 5.7 设计总结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录 B （攻读学位期间所参与的项目）