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土壤具有良好的蓄热能力,浅层土壤的热量以地表充分吸收来自太阳辐射得热为主,在向深度方向存在温度的衰减和延迟作用,使在一定深度下的土壤温度可以常年维持不变,相对于环境温度来说,能够保持冬温夏凉。通过土壤空气换热器提取来自土壤的热量可以充分利用地热能,结合建筑房间需要满足新风需求,对新风进行预热/预冷作用来降低建筑总能耗,属于可再生能源的利用方式。本文从土壤传热过程和土壤温度波方程出发,分别建立了在土壤-空气换热的固体-气体耦合传热的CFD数值模型和Energyplus中Earth-Tube解析模型,充分利用CFD在传热传质上的优势以及Energyplus在建筑能耗计算方面的优势。使对土壤空气换热系统模型的换热性能的评价能够高效进行,具体表现在换热效率、土壤温度场变化情况、累计换热量和能效比上。一般来说,为了获取较高的换热量,应采取较高流速、小管径和长管道的原则。模拟研究表明,土壤空气换热器的设计过程中管道不应过长,当达到一定长度后换热效率变化不大,当达到70%换热效率时,可以针对不同的流速和管径选择合适的管道长度。土壤与管道之间传热过程导致周围土壤温度发生变化,长时间运行导致换热效率大幅度降低,因此应该采用间歇方式运行,对土壤起到修复的作用,从而提高换热效率,在长度20m情况下通过每运行6h,停运2h的方式可保持换热效率始终在80%之上。通过对能效比的分析,认为管道中的流速值不宜超过8m/s。对于确定流速和管道长度下,存在一个管径值使在该管径下的COP值最高。当选取较细管径时,流速/流量不应过高,管道长度不应过长。当管径为0.1m时流量不应超过200m3/h,长度不应超过50m,否则COP值过低。通过建立Earth-Tube模型对某假定房间进行能耗分析,结果表明使用土壤空气换热器可有效降低房间新风负荷从而降低总负荷,与常规新风方式相比,在满足绿色节能标准的建筑使用换热新风方式可以节省44.8%的供热量和40%的供冷量。通过对建筑能耗模型的优化发现如果考虑到成本,对于较大管径由于管道成本过高,短时间内难以回收管径0.45m长度15m的管道则需要30多年时间才能回收,因此更适合通过挖掘地道的方式。