地道風采暖系統在北方農房中的應用

秦 旖

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

0 引言

隨著社會的日益發展，農村居民對建筑熱舒適性的追求越來越高，傳統的取暖方式已不能滿足當下農村居民的建筑熱需求。目前，農村冬季采暖主要選取燃煤方式，或是輔以秸稈、柴草、電、氣等能源的獨立取暖[1]，在農村現有條件下，燃料燃燒不充分，燃燒熱效率低，導致能源的巨大浪費，污染環境。同時，隨著時代的發展，越來越多的農村居民意識到建筑采暖環保節能的重要性。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行升溫、降溫。因此，將地道風應用于北方農村地區建筑采暖中，通過土壤換熱對室外空氣進行預處理后送入室內，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村居民獨立建筑中的地道風采暖系統為例，采用實測的方法，用以分析地道風采暖系統在北方地區建筑采暖中的應用。

1 地道風采暖系統原理

地道風采暖系統由埋入淺層地表的換熱管、驅動室外空氣進入室內的風機、新風機組、末端風機盤管構成。房間設置溫度傳感器，當室內溫度(T0)低于室內設計溫度(T1)(18 ℃±2 ℃)時，系統開啟，風機吸入室外空氣，空氣在換熱管內與淺層土壤換熱升溫后(T2)通入新風機組，經過預處理的新風在新風機組內與室內排風進行二次換熱后(T3)通過風機盤管送入室內。當經過二次換熱后的新風溫度(T3)低于室內設計溫度(T1)(18 ℃±2 ℃)時，開啟新風機組電加熱功能。如圖1所示為地道風采暖系統示意圖。

2 地道風采暖系統工程實例

2.1 工程概況

本文分析的地道風采暖系統設置在山西省長治市某一農村居民獨立建筑中。其中，項目所在地長治市熱工氣候分區為寒冷(A)區，計算采暖期的室外平均溫度為-1.1 ℃，采暖設計室外計算溫度為-11 ℃[2]。研究的獨立建筑為雙層建筑，坐北朝南，建筑面積230 m2。建筑以輕鋼+水泥化學發泡自保溫非承重墻板構建低能耗建筑本體，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，利用地道風預熱新風并配備新風機組。如圖2所示為長治市農房完工外觀效果圖。

2.2 地道風新風預熱系統

將1中所述的地道風采暖系統應用于上述農房中。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的預熱，通風管采用鍍鋅鋼板制作。與地道風相配對使用的新風機組為中央式熱回收除霾能源機。經過地道預熱后的新風進入新風機組經過二次加熱送入室內。該新風機組可有效過濾PM2.5、煙塵及揮發性有機化合物，兼具排風熱回收，設置溫度監測器監測室內溫度自動調控新風機組運行，有效提升機組運行效率。

3 結果分析

地道風采暖系統運行時間為2017年11月1日～2018年3月1日，在室外進風口、新風機組進風口、采暖房間分別安置溫度探頭用以監測分析地道風系統的換熱效果。選取采暖期最冷月份1月份進行地道風升溫效應分析。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 ℃范圍內波動，最冷月室外空氣日平均溫度在-8.4 ℃～2.5 ℃范圍內波動，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在最冷日1月20日。

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

由圖4分析可得，最冷日1月20日，室外溫度在-15.5 ℃～0.3 ℃范圍內呈現類正弦曲線的波動；裝有地道風供暖系統的設備進風口溫度并沒有隨室外空氣溫度呈現類正弦曲線的波動，而是維持在9.5 ℃～9.8 ℃范圍內波動，原因在于地道風供暖系統采取間歇運行的方式，與室內溫度變化有關，新風機組隨室內溫度波動調控運行，即當室內溫度低于室內設計溫度(18 ℃±2 ℃)時，新風機組啟動；當室內溫度滿足設計溫度時，新風機組停止運行，新風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在新風機組中與排風進行二次換熱后送至室內，得出最冷日室內溫度在17.4 ℃～18 ℃范圍內波動，滿足農村住宅室內采暖熱舒適性的要求[3]。

4 結語

在長治市某一獨立住宅中采用地道風系統進行冬季采暖，并對供暖季地道風系統的供熱效果進行實時監測，得出以下結論：

1)采用地道風采暖系統的供暖系統可以有效地去除冬季室內的冷負荷，系統采用間歇運行的方式，使得房間溫度在供暖季最冷日保持在17.4 ℃～18 ℃，滿足農村住宅室內采暖熱舒適性的要求。

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

3)新風機組的排風熱回收功能將經土壤預熱后的新風與室內排風進行熱交換，大大降低建筑的供暖需求，達到建筑節能的目的。