文档介绍：济南地下人防工程中自然能源 的高效利用
刘卉 s20090332
济南地下人防工程中自然能源的高效利用
1. 技术概述
3. 实验研究与分析
1、技术概述
济南提出一种人防工程中自然能源的新的利用方式,不同于以
往对人防建筑内空气直接利用的做法,而是将人防建筑中的空
气作为热泵系统的冷热源加以利用。
此方法可最大限度的利用地下人防建筑内空气冬暖夏凉的特点
,既能够避免空气源热泵在冬、夏季制热、制冷量大幅度衰减
的缺陷,又能够有效利用土壤层储存的自然冷、热量,可以大
大提高热交换效率,提高热泵的 COP值。
因此,利用地下人防工程中的空气作为空气源热泵冷热源的方
法,能够健康、高效的利用现有自然资源,节能意义十分显著。
2、工作原理
地下人防工程属于浅埋地下构筑物。浅地层原始温度的变化,主要
取决于地层表面温度的变化,为周期性的温度波动,均可以以一定的余
弦函数表示。由于地层的蓄热作用,温度波在向地层深度传递时,会造
成温度波的衰减和延迟。地层可认为是一个半无限大物体,它在周期性
温度波的作用下的温度场,如下所示:
求解式(1)得地层在周期性热作用下的温度场:
2、工作原理
则地层内任一点、任一瞬间的温度为:
式中, td 为全年地面平均温度,℃; Ad 为地面温度的波动振
幅,℃;T为温度波的波动周期,h;a 地层材料的热扩散率,m2/s;
t ( y ,τ)为任意瞬间地层内任意点的温度,℃。
济南市地层原始资料如表1所示。由此可计算出埋深 6m 处温度波
的振幅,及每年的最高、最低温度,如表2所示:
当地层构造一定时,温度波的延迟时间只与地层深度值有关。
对一般的土壤地层,深度每增加1m,时间延迟约560h (23d)。
对于埋深为 6m的地下人防工程来说,其周围土壤的温度是由23
× 6 = 138d(约4个月)以前的地表温度所决定的。因此,地层
温度波的衰减及延迟,为地下人防工程自然能源的应用提供了良
好的冷、热源条件。
2、工作原理
2、工作原理
以冬季为例,利用地下人防工程的空气源热泵在冬季供热运行时,
其对空气的加热过程为非稳态的传热过程。可以将半无限大物体的导
热模型作为其简化模型来考虑,其数学描述如下:
式中,t0 为地下人防工程初始温度,℃;tw 为室外空气温度,℃。
对式(4)引入相似性变量,积分求解得:
2、工作原理
则地下人防工程在定壁温条件下的温度响应为:
由求得的温度响应,可以解出物体中的热流密度:
在壁面处,即 x = 0时,热流密度:
选取济南市文化西路一段200m地下城市人防工程为例,进行计算。
2、工作原理
经实验测量,埋深6m处的地下人防工程,建筑壁面平均温度为19
℃,假设冬季供热运行时,室外空气温度为 tw =5℃,人防工程壁体的
热物性参数为λ=/(m·K),ρ=1600kg/m3,c=/
(kg·K),设计考虑运行时间为3个月,τ= 3600× 24× 60 = ×
106。以上数据代入式(8)得:
qw = 2. 96W/m2
若取空气与地下人防工程壁体的表面对流换热系数为h = 5 W
/(m2· K),在此状态下人防工程内的空气温度为:
ta = tw - qw/h = 4. 4℃
200m长地下人防干道,总表面积为15240m2,在此状态下周围土
壤可以提供的总热量为:
Q = qwA = 45. 1kW
3、实验研究与分析
测试情况介绍
实验地点在济南市文化西路一地下城市人防干道(简称"地道"),
地道断面为半圆拱形,断面积 f 0 = 410307m2;每米长地道内
表面积 s = 7162m2;地道断面周界长度 U = 7162m;地道
当量直径 de = 2. 12m;中点埋深 y = 610m;被覆层为石灰
石砌体。地道内壁用水泥砂浆抹面,地道内无突肋或急剧的断面变
化或弯曲。地道周围为一般土壤,地道在地下水位以上。
测试时间为2006. ~. 3,每天分 4 个时段
进行,每两小时测量一次并记录实验数据,测试每天从早晨 9 :40
开始,到下午15 :40结束。