地道風(fēng)采暖系統(tǒng)在北方農(nóng)房中的應(yīng)用

秦 旖

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

0 引言

隨著社會的日益發(fā)展，農(nóng)村居民對建筑熱舒適性的追求越來越高，傳統(tǒng)的取暖方式已不能滿足當(dāng)下農(nóng)村居民的建筑熱需求。目前，農(nóng)村冬季采暖主要選取燃煤方式，或是輔以秸稈、柴草、電、氣等能源的獨(dú)立取暖[1]，在農(nóng)村現(xiàn)有條件下，燃料燃燒不充分，燃燒熱效率低，導(dǎo)致能源的巨大浪費(fèi)，污染環(huán)境。同時，隨著時代的發(fā)展，越來越多的農(nóng)村居民意識到建筑采暖環(huán)保節(jié)能的重要性。因此，尋求一種更加高效、更加清潔的采暖方式是迫切及必要的。

地球表層土壤作為太陽能的蓄放載體，可以吸收到達(dá)地表的47%的太陽能。將室外空氣通入埋入地表的管道中，通過土壤的蓄熱、放熱功能，可以有效地對管道中的空氣進(jìn)行升溫、降溫。因此，將地道風(fēng)應(yīng)用于北方農(nóng)村地區(qū)建筑采暖中，通過土壤換熱對室外空氣進(jìn)行預(yù)處理后送入室內(nèi)，可以有效降低建筑的采暖能耗。本文以山西省長治市某一農(nóng)村居民獨(dú)立建筑中的地道風(fēng)采暖系統(tǒng)為例，采用實(shí)測的方法，用以分析地道風(fēng)采暖系統(tǒng)在北方地區(qū)建筑采暖中的應(yīng)用。

1 地道風(fēng)采暖系統(tǒng)原理

地道風(fēng)采暖系統(tǒng)由埋入淺層地表的換熱管、驅(qū)動室外空氣進(jìn)入室內(nèi)的風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)組、末端風(fēng)機(jī)盤管構(gòu)成。房間設(shè)置溫度傳感器，當(dāng)室內(nèi)溫度(T0)低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度(T1)(18 ℃±2 ℃)時，系統(tǒng)開啟，風(fēng)機(jī)吸入室外空氣，空氣在換熱管內(nèi)與淺層土壤換熱升溫后(T2)通入新風(fēng)機(jī)組，經(jīng)過預(yù)處理的新風(fēng)在新風(fēng)機(jī)組內(nèi)與室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行二次換熱后(T3)通過風(fēng)機(jī)盤管送入室內(nèi)。當(dāng)經(jīng)過二次換熱后的新風(fēng)溫度(T3)低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度(T1)(18 ℃±2 ℃)時，開啟新風(fēng)機(jī)組電加熱功能。如圖1所示為地道風(fēng)采暖系統(tǒng)示意圖。

2 地道風(fēng)采暖系統(tǒng)工程實(shí)例

2.1 工程概況

本文分析的地道風(fēng)采暖系統(tǒng)設(shè)置在山西省長治市某一農(nóng)村居民獨(dú)立建筑中。其中，項(xiàng)目所在地長治市熱工氣候分區(qū)為寒冷(A)區(qū)，計(jì)算采暖期的室外平均溫度為-1.1 ℃，采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度為-11 ℃[2]。研究的獨(dú)立建筑為雙層建筑，坐北朝南，建筑面積230 m2。建筑以輕鋼+水泥化學(xué)發(fā)泡自保溫非承重墻板構(gòu)建低能耗建筑本體，同時配套7級氣密性5 mm+12 mmA+5 mm隔熱斷橋雙玻中空平開窗，建筑采暖采用全空氣系統(tǒng)，利用地道風(fēng)預(yù)熱新風(fēng)并配備新風(fēng)機(jī)組。如圖2所示為長治市農(nóng)房完工外觀效果圖。

2.2 地道風(fēng)新風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)

將1中所述的地道風(fēng)采暖系統(tǒng)應(yīng)用于上述農(nóng)房中。在建筑底部深1.1 m處開挖1 200 mm×600 mm、總長16 m的地道用于室外新風(fēng)的預(yù)熱，通風(fēng)管采用鍍鋅鋼板制作。與地道風(fēng)相配對使用的新風(fēng)機(jī)組為中央式熱回收除霾能源機(jī)。經(jīng)過地道預(yù)熱后的新風(fēng)進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組經(jīng)過二次加熱送入室內(nèi)。該新風(fēng)機(jī)組可有效過濾PM2.5、煙塵及揮發(fā)性有機(jī)化合物，兼具排風(fēng)熱回收，設(shè)置溫度監(jiān)測器監(jiān)測室內(nèi)溫度自動調(diào)控新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，有效提升機(jī)組運(yùn)行效率。

3 結(jié)果分析

地道風(fēng)采暖系統(tǒng)運(yùn)行時間為2017年11月1日～2018年3月1日，在室外進(jìn)風(fēng)口、新風(fēng)機(jī)組進(jìn)風(fēng)口、采暖房間分別安置溫度探頭用以監(jiān)測分析地道風(fēng)系統(tǒng)的換熱效果。選取采暖期最冷月份1月份進(jìn)行地道風(fēng)升溫效應(yīng)分析。如圖3所示為最冷月1月份室外空氣溫度變化曲線圖。

由圖3分析可得，長治市最冷月1月份的室外空氣溫度在-15.5 ℃～10.2 ℃范圍內(nèi)波動，最冷月室外空氣日平均溫度在-8.4 ℃～2.5 ℃范圍內(nèi)波動，其中，1月份日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度的最小值均出現(xiàn)在最冷日1月20日。

由于采用地道風(fēng)供暖的時間段長，溫度探測器采集到的溫度數(shù)據(jù)過多，為便于分析，選取供暖期室外最冷日1月20日分析地道風(fēng)供暖系統(tǒng)的供熱效果。如圖4所示為最冷日1月20日采用地道風(fēng)供暖該系統(tǒng)的供熱效果分析。

由圖4分析可得，最冷日1月20日，室外溫度在-15.5 ℃～0.3 ℃范圍內(nèi)呈現(xiàn)類正弦曲線的波動；裝有地道風(fēng)供暖系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)風(fēng)口溫度并沒有隨室外空氣溫度呈現(xiàn)類正弦曲線的波動，而是維持在9.5 ℃～9.8 ℃范圍內(nèi)波動，原因在于地道風(fēng)供暖系統(tǒng)采取間歇運(yùn)行的方式，與室內(nèi)溫度變化有關(guān)，新風(fēng)機(jī)組隨室內(nèi)溫度波動調(diào)控運(yùn)行，即當(dāng)室內(nèi)溫度低于室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度(18 ℃±2 ℃)時，新風(fēng)機(jī)組啟動；當(dāng)室內(nèi)溫度滿足設(shè)計(jì)溫度時，新風(fēng)機(jī)組停止運(yùn)行，新風(fēng)在換熱管道中長時間與土壤換熱至接近管道附近土壤溫度。

與土壤換熱后的新風(fēng)在新風(fēng)機(jī)組中與排風(fēng)進(jìn)行二次換熱后送至室內(nèi)，得出最冷日室內(nèi)溫度在17.4 ℃～18 ℃范圍內(nèi)波動，滿足農(nóng)村住宅室內(nèi)采暖熱舒適性的要求[3]。

4 結(jié)語

在長治市某一獨(dú)立住宅中采用地道風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行冬季采暖，并對供暖季地道風(fēng)系統(tǒng)的供熱效果進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，得出以下結(jié)論：

1)采用地道風(fēng)采暖系統(tǒng)的供暖系統(tǒng)可以有效地去除冬季室內(nèi)的冷負(fù)荷，系統(tǒng)采用間歇運(yùn)行的方式，使得房間溫度在供暖季最冷日保持在17.4 ℃～18 ℃，滿足農(nóng)村住宅室內(nèi)采暖熱舒適性的要求。

2)采用地道風(fēng)采暖系統(tǒng)可以有效地去除冬季新風(fēng)的冷負(fù)荷，對新風(fēng)起到很好的預(yù)熱效果；新風(fēng)在地道內(nèi)長時間停留，與土壤得到充分換熱至接近管道附近土壤溫度，換熱后的新風(fēng)溫度在最冷日保持在9.5 ℃～9.8 ℃范圍內(nèi)波動。

3)新風(fēng)機(jī)組的排風(fēng)熱回收功能將經(jīng)土壤預(yù)熱后的新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行熱交換，大大降低建筑的供暖需求，達(dá)到建筑節(jié)能的目的。