能源与环境.ppt
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1、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,2.工作原理,3. 实验研究与分析,4.结论,,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,
2、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,2.1地层原始温度的变化特点 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
3、的热扩散率,m2/s; t ( y ,)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,2.2地下人防工程的蓄热能力 以冬季为例,利用地下人防工
4、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
5、 热物性参数为=0.81W/(mK),=1600kg/m3,c=0.84kJ/ (kgK),设计考虑运行时间为3个月,= 3600 24 60 = 5.18 106。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,3.1 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
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