1 前言

自然能源的利用是空调节能的重要手段。夏季利用地道风通风降温可以有效地改善室内热环境；与一般空调系统相比．可以节省投资和运行费用．但所能达到的室内空气品质却较低。地道风通风的降温效果或降温能力与地道结构尺寸和所在地区的气候条件密切相关。因此在考虑采用地 道风通风方案时，应进行优化设计．并分析和预测其室内热环境的改善效果，为建筑业主提供决策依据。

本文研究了地道风通风降温的优化设计方法，结台建筑 动态热过程模拟计算方法，建立了地道风通风运行时室内热环境的预测程序．并针对一个工程实例进行了分析。

2 地道风通风优化设计

一定量室外空气沿地道流动，受到地道四周壁面的玲却，在地道出口处达到较低的温度。

考虑到地道风一般只用于夏季降温．且通风是间歇运行的，故下面对间歇运行的地道风通风进行讨论。

设地道长 L(m)，截面周长 U(m)．截面面积f(m²)，地道 位于地表面y(m)以下。

假定室外气温为t_w (℃)，地道出口空气温度为t_o(℃)，空 气流量为G( m³／h)．则有：

t_o= t_op+(t_w- t_op)×B×exp(-KF/G)

式中  t_op——间歇运行时y(m)处地层计算温度，℃；

B—— 间歇运行修正系数；

K——地道壁体传热系数；

F——地道冷却面积,F=U× L m2

2．1  t_op的计算

t_op= t_d+A_d×exp(-0.334y)×cos(0.334y)+Δt_d

式中  t_d——土壤表面年平均温度，℃；

A_d——地表温度波幅，℃；

Δt_d——地道通风附加温升，一般为1—3℃。

2．2 K值计算

地道壁体可视为半无限大的物体，则有：

K=[1/α+(1.13√a×c/β×λ)]-1  (3)

β=1+0．76π/U×√a×τ  (4)

α=0.045×λ_a/d_c×Re^0.8

式中α为对流换热系数，a为壁体导温系数． λ为壁体导热系 数． λ₁为空气导热系数．τ为时间．de为地道当量直径(de=4f／U)，Re为雷诺数(Re=u× d_c／v)。

2．3 B的确定

间歇运行系数 B与地道的换气量(空气流量)有关，即：

B=f(F／C)  (6)

地道风通风设计计算就是针对一定长度、一定截面形状的地道，根据气候特点和建筑室温要求，合理地确定送风量以获得最佳的降温效果。

假定地道风从地道出口到房间之间存在温升(风机、风道温升) Δt₀．则送风温度为t_m：

t_q=t_m +Δt₀  (7)

地道风的供冷量为：

Q=G×C_p(t_N- t_m) ×ρ／3600  (8)

由于t_m， oc t₀，oc ，G，故存在一个最佳C值，使 Q达到最大。同时说明当室外气温变化时，最好采用变风量风机，通过改 变风量以得到最大的供冷效果．当然，这样会使初投资增加

利用式(1)一(8)编程，采用逐步搜索法，用计算机求出 最佳通风量G和最大供冷量 Q一。设计计算流程见图1。得 出通风量后，便可进行管道系统设计，并选择合适的风机；同时，结合方程(1)一(8)可以分析计算地道风通风系统运行时进风温度的逐时变化。

3 地道风通风室内热环境预测方法

地道风通风属直流式空谰系统，其进风温度随室外气温的变化而变化。若系统的通风量不变，当室外气温随时间变化时，进风温度和房间冷负荷皆发生娈化，从而使得房间空气温度发生变化，倘若有全年气象(气温)逐时分布数据，结合建筑动态热过程(动态负荷)模拟计算方法，就可以分析和预测出该通风系统的实际运行效果，即通风系统的起用、停用13期；系统实际运行区间及运行时数；系统运行时的降温效果等。

预测流程见图2，作者依此框图编制了用地道风通风时室内热环境的预测程序，负荷计算采用反应系数法，程序具有逐时显示室内外空气温度曲线及相应极值的功能，并能指示出系统开停状况，而且能打印出系统实际运行时数 室外温度分布图，据此可以判断系统的实际运行效果。

4 实例分析

某自来水厂综合楼靠近人肪地道口，拟采用地道风降温，主要供给办公用房、娱乐房、餐厅。

4．1 地道数据：有效长度 L=230i1．截面周长 U= 5.32 ，截面面积 f=1.888m² ．壁厚δ=0 279m，λ=0．8141 W／(m．k)，a=1.54×10^-3 ，地道平均埋深Y=9 m，土壤表面年平均温度=19.6℃，地面温度波幅A_d=11.9℃。

4．2 建筑数据：墙体厚24O mm，单层铝合盎玻璃窗，窗墙比60％，层高3 90m，需通风的办公房面积合计 l90m²，娱乐用房面积120 m²，太餐厅面积110 m²。

4 3 气象数据

设计计算： t_w=36℃，t_N=29℃。

预测计算：利用该市年平均气象数据，计算13期为6月 1 日至 9月 30日

4．4 计算结果：由优化设计计算程序计算出该地道在设计 工况下送风的最佳通风量为 18000m³／h，最大供冷量为27．3 kW。由于该地道长度不够，供冷量不能同时满足办公房、餐 厅、娱乐用房的需要，只能在时间上错开使用，以满足各自的要求 在系统设计时，设置电动风阀来进行送风转换。

根据以上数据，以办公用房为例，进行用地道风通风降温时室内热环境的预测计算(计算期为 6月1日至9月 30 ，每天8：00—18：00)，并统计出室温分布频度(见表 1，只列出21一39℃温度段)，其中，“自然室温 代表不设通风系统 时室内空气的温度。由此表可以看出用地道风通风降温的效果，结果表明该通风系统能满足办公用房的降温要求，且效果显著。

表 1 温度分布频度（小时数)

另外，计算显示表明，地道风通风起用时问为6月中旬停用时间为9月中旬；办公用房通风年运行时数为369小时该通风系统建成投运已两年，使用效果良好，满足了用户的要求

5 结束语

本文详细地分析了地道风通风降温的优化设计计算方法，并开发了用地道风通风的室内热环境预测程序，为地道风降温工程的设计、决策和运行管理提供了有效的设计、分析手段。