地道風(fēng)系統,早在公元3000年,雅典建筑師便將它結合風(fēng)塔來(lái)為建筑供冷。如今,由于結構簡(jiǎn)單、能效高等優(yōu)點(diǎn),地道風(fēng)系統被廣泛應用到建筑通風(fēng)空調領(lǐng)域中,用于減少日益攀高的建筑能耗。
地道風(fēng)系統(Earth to Air HeatExchanger System,EAHES)是指利用蓄存在土壤中的地熱能(地下2.5~3m以下的土壤溫度保持恒定)冷卻或加熱室外空氣(或室內回風(fēng)),并由機械送風(fēng)或誘導式通風(fēng)將處理后的空氣送人室內,以改善室內熱環(huán)境。它相當于一臺土壤-空氣熱交換器,利用地層對自然界的冷、熱能量的儲存作用來(lái)降低建筑物的空調采暖負荷。
地道風(fēng)系統由三部分組成:1)進(jìn)風(fēng)口部分;2)地埋管換熱部分;3)出風(fēng)口部分。其中地道進(jìn)風(fēng)可以是全新風(fēng)、部分新風(fēng)或循環(huán)風(fēng)。地埋管換熱部分,即土壤-空氣換熱器,是地道風(fēng)系統的重要換熱部件,用于承擔建筑負荷。出風(fēng)口部分根據建筑形式的不同,因地制宜。
地道風(fēng)系統的核心部件是土壤-空氣換熱器,其換熱效果直接影響到系統的整體性能。
地道結構:
地道結構即指地道的埋管方式。地道常采用水平布置方式,形式多樣,可分為單管式/多管式、串聯(lián)式/并聯(lián)式、開(kāi)式/閉式。
當單根地道所提供的冷量無(wú)法滿(mǎn)足建筑負荷需求時(shí),則考慮多管道形式。多管道地道結構的埋管方式可分為串聯(lián)或并聯(lián)式兩種,如下圖所示,串聯(lián)式大的地道長(cháng)度是并聯(lián)式的3倍。目前,對于兩種地道結構形式對于系統阻力的影響分析還很少見(jiàn)。
地道風(fēng)系統可根據通風(fēng)形式分為開(kāi)式系統和閉式系統兩種。開(kāi)式系統即指地道進(jìn)風(fēng)采用室外新風(fēng),室內熱環(huán)境直接受室外氣象影響。對于高濕度地區,地道出風(fēng)的濕度相對較大,需要配置除濕裝置。閉式系統即指地道進(jìn)風(fēng)采用室內回風(fēng),與建筑負荷聯(lián)系緊密。
地道風(fēng)結合空氣源熱泵系統:空氣源熱泵系統在寒冷地區由于室外溫度較低,
易出現結霜現象,致使頻繁開(kāi)啟除霜工況,系統整體制熱性能系數(cop)大大下降。
地道風(fēng)結合蒸發(fā)冷卻系統:在炎熱干燥地區,單一的地道風(fēng)系統不足以滿(mǎn)足制冷季節室內舒適度的要求。如果通過(guò)加深埋深或擴大埋管面積的方式來(lái)提高地道風(fēng)系統的制冷量,將會(huì )是極不經(jīng)濟的。
地道風(fēng)結合太陽(yáng)能煙囪系統:
伊朗學(xué)者M(jìn).Maerefat提出將地道風(fēng)與太陽(yáng)能煙囪這兩種被動(dòng)式系統相結合應用到建筑通風(fēng)降溫中,系統示意圖如下圖:
由于太陽(yáng)煙囪效應,使得熱空氣不斷上浮,室內新風(fēng)不斷通過(guò)地道補人,省去了傳統地道風(fēng)系統的驅動(dòng)裝置-風(fēng)機,可謂是真正的被動(dòng)式系統。
地道風(fēng)結合光伏發(fā)電系統:除了采用被動(dòng)式太陽(yáng)能煙囪系統來(lái)減少風(fēng)機電耗的方式外,土耳其學(xué)者Ylidiz將光伏發(fā)電系統與閉式地道風(fēng)系統相結合,由光伏發(fā)電系統承擔部分風(fēng)機的電耗,系統示意圖如下圖所示。
利用光伏發(fā)電技術(shù)給地道風(fēng)動(dòng)力風(fēng)機供電,可大大減少高峰時(shí)系統的耗電量。