(精品)能源与环境PPT.ppt
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1、济南地下人防工程中自然能源济南地下人防工程中自然能源的高效利用的高效利用刘卉刘卉 s20090332济南地下人防工程中自然能源的高效利用济南地下人防工程中自然能源的高效利用 1.技术概述技术概述 2.工作原理工作原理 3.实验研究与分析实验研究与分析 4.结论结论1、技术概述、技术概述v济南济南提出一提出一种种人防工程中自然能源的新的利用方式人防工程中自然能源的新的利用方式,不同于以不同于以 往往对对人防建筑人防建筑内内空空气气直接利用的做法直接利用的做法,而是而是将将人防建筑中的空人防建筑中的空 气气作作为热泵为热泵系系统统的冷的冷热热源加以利用源加以利用。v此此方法方法可可最大限度的利用地
2、下人防建筑最大限度的利用地下人防建筑内内空空气气冬暖夏凉的特点冬暖夏凉的特点 ,既既能够能够避免空避免空气气源源热泵热泵在冬在冬、夏季制夏季制热热、制冷量大幅度衰制冷量大幅度衰减减 的缺陷的缺陷,又能又能够够有效利用土壤有效利用土壤层储层储存的自然冷存的自然冷、热热量量,可以大可以大 大提高大提高热热交交换换效率效率,提高提高热泵热泵的的 COP值值。v因此因此,利用地下人防工程中的空利用地下人防工程中的空气气作作为为空空气气源源热泵热泵冷冷热热源的方源的方 法法,能能够够健康健康、高效的利用高效的利用现现有自然有自然资资源源,节节能意能意义义十分十分显显著著。2、工作原理、工作原理v2.1地
3、层原始温度的变化特点地层原始温度的变化特点 地下人防工程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属于浅埋地下构筑物。浅地层原始温度的变化,主要,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,如下所示温度波的作用下的温度场,如下所示:求
4、解式求解式(1)得地层在周期性热作用下的温度场得地层在周期性热作用下的温度场:2、工作原理、工作原理 则则地地层层内任一点、内任一点、任一瞬任一瞬间间的温度的温度为为:式中式中,td 为为全年地面平均温度全年地面平均温度,;Ad 为为地面温度的波地面温度的波动动振振幅幅,;T为为温度波的波温度波的波动动周期周期,h;a 地地层层材料的材料的热扩热扩散率散率,m2/s;t(y,)为为任意瞬任意瞬间间地地层层内任意点的温度内任意点的温度,。济济南市地南市地层层原始原始资资料如表料如表1所示。由此可所示。由此可计计算出埋深算出埋深 6m 处处温度波温度波的振幅的振幅,及每年的最高及每年的最高、最低温
5、度最低温度,如表如表2所示所示:表表1 济南市地层原始资料济南市地层原始资料年地面平均温度年地面平均温度/地层原始温度地层原始温度/地面年温度振幅地面年温度振幅/15.714.83 当地当地层层构造一定构造一定时时,温度波的延温度波的延迟时间迟时间只与地只与地层层深度深度值值有关。有关。对对一般的土壤地一般的土壤地层层,深度每增加深度每增加1m,时间时间延延迟约迟约560h(23d)。对对于埋深于埋深为为 6m的地下人防工程来的地下人防工程来说说,其周其周围围土壤的温度是由土壤的温度是由23 6=138d(约约4个月个月)以前的地表温度所决定的。因此以前的地表温度所决定的。因此,地地层层 温度
6、波的衰减及延温度波的衰减及延迟迟,为为地下人防工程自然能源的地下人防工程自然能源的应应用提供了良用提供了良 好的冷好的冷、热热源条件。源条件。2、工作原理、工作原理表表2 地下埋深地下埋深6m处地层温度参数处地层温度参数埋深埋深/m温温度波振幅度波振幅/最高最高温温度度/最低最低温温度度/2、工作原理、工作原理v2.2地下人防工程的蓄热能力地下人防工程的蓄热能力 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,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
7、导热模型作为其简化模型来考虑,其数学描述如下热模型作为其简化模型来考虑,其数学描述如下:式中式中,t0 为为地下人防工程初始温度地下人防工程初始温度,;tw 为为室外空气温度室外空气温度,。对对式式(4)引入相似性引入相似性变变量量 ,积积分求解得分求解得:2、工作原理、工作原理 则则地下人防工程在定壁温条件下的温度响地下人防工程在定壁温条件下的温度响应为应为:由求得的温度响由求得的温度响应应,可以解出物体中的可以解出物体中的热热流密度流密度:在壁面在壁面处处,即即 x=0时时,热热流密度流密度:选选取取济济南市文化西路一段南市文化西路一段200m地下城市人防工程地下城市人防工程为为例例,进进
8、行行计计算。算。2、工作原理、工作原理 经实验测经实验测量量,埋深埋深6m处处的地下人防工程的地下人防工程,建筑壁面平均温度建筑壁面平均温度为为19,假假设设冬季供冬季供热热运行运行时时,室外空气温度室外空气温度为为 tw=5,人防工程壁体的人防工程壁体的热热物性参数物性参数为为=0.81W/(mK),=1600kg/m3,c=0.84kJ/(kgK),设计设计考考虑虑运行运行时间为时间为3个月个月,=3600 24 60=5.18 106。以上数据代入式。以上数据代入式(8)得得:qw=2.96W/m2 若取空气与地下人防工程壁体的表面若取空气与地下人防工程壁体的表面对对流流换热换热系数系数
9、为为h=5 W/(m2 K),在此状在此状态态下人防工程内的空气温度下人防工程内的空气温度为为:ta=tw-qw/h=4.4 200m长长地下人防干道地下人防干道,总总表面表面积为积为15240m2,在此状在此状态态下周下周围围土土壤可以提供的壤可以提供的总热总热量量为为:Q=qwA=45.1kW3、实验研究与分析、实验研究与分析v3.1 测试情况介绍测试情况介绍 实验地点实验地点在济南市文化西路一地下城市人防干道在济南市文化西路一地下城市人防干道(简称简称地道地道),地道断面为半圆拱形,断面积地道断面为半圆拱形,断面积 f 0=410307m2;每米长地道内;每米长地道内 表面积表面积 s=
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