土壤空气热交换器系统的设计Design of earthair heat exchanger system.docx

土壤空气热交换器系统的设计Design of earthair heat exchanger system.docx

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土壤空气热交换器系统的设计Designofearthairheatexchangersystem

土壤-空气热交换器系统的设计Designofearth–airheatexchangersystem

为了能够在室内坐下来好好休息，那只有打开空调将室温降下来才可以，这样，不仅花费较多的电费不说，还由于同一时刻，小区内的绝大部分家庭，都在使用大功率的空调，还时常导致小区中的供电变压器，因超负荷而跳闸断电。

这种日子，十分难熬。

虽然一年中，也就那么不几天的时间。

另一方面，小区中的地下车库中，却是另一番景象，虽然由于方方面面的原因导致里面的空气质量不是太好，可是地下车库里面，却是凉爽冷飕，没有了夏天的感觉，并且这一室内环境，还是免费得到的，并没有人为刻意花费资金为之。

于是，在这个夏季，又想到了过去曾经与网友们分享的地埋进气管和地下室了。

虽然国内的部分网友，对这一话题，存在种种疑惑：

室外空气进入地埋管道之前的过滤问题、进入室内的空气有潮湿的问题、地埋管道中冷凝水的处理的问题、地埋管道内壁上霉菌的问题、进入室内的空气可能的霉变污染的问题，等等。

事实上，到现在为止，国外有些方面，对此项目的探索试验，还仍在继续试验改进当中。

看看下面的一些相关图例，仔细分析一番之后，或许朋友们能从中得到一些启示和启发。

部分英语关键词语句——

EnergySavingSolutions

（能源节省解决方案）

earth–airheatexchanger（EAHE）

（土壤 - 空气热交换器）

Designofearth–airheatexchangersystem

（土壤 - 空气热交换器系统的设计）

Earth’sundisturbedtemperature

（土壤的温度不受干扰）

GROUND-AIRHEATEXCHANGESYSTEM

（地表土壤 - 空气热交换器）

THEENERGY-EFFICIENTFRESHAIRSOLUTION

（高能效的新鲜空气解决方案）

Improvedventilation,reduceenergycosts

（改善通风条件，降低能源成本）

CAPITALIZINGONTHEEARTH’SENERGY

（善用地球的能源）

GeothermalEnergyReducesHeatingandCoolingCosts

（地热能可以降低加热和冷却成本）

At5to7ft.（1.5to2m）belowtheearth’ssurface,groundtemperaturesremainrelativelyconstantthroughouttheyear.

（在地表下5至7英尺（1.5至2米）的深度范围内，土壤温度全年保持相对稳定。

）

Thetemperatureofearthatadepthof1.5to2mremainsfairlyconstantthroughouttheyear.

（地下1.5米至2米的深度范围内，土壤全年保持相当稳定的温度。

）

Thisconstanttemperatureiscalledearth’sundisturbedtemperature.

（该恒温被称为土壤的温度不受干扰）

THEENERGYINEFFICIENTHOUSE（能源效率低的住宅）

通过烟囱损失能源6%；通过屋顶损失能源42%；通过外墙损失能源24%；通过窗户损失12%；通过外门损失能源6%；通过地板损失10%。

加大屋顶、外墙、地板3大部位的保温隔热构造力度，可以提高住宅的能源效率。

太阳能十项全能竞赛的现场，部分太阳能住宅样板房一瞥。

在独立住宅的屋顶上面，安装太阳能发电系统，也是实现低能耗独立住宅的有效措施。

现代节能舒适独立住宅，具有超级保温隔热构造、双层中空低辐射镀膜玻璃断热桥窗框保温窗户、地埋进气总管、能量回收通风系统ERV，示意图。

室外空气，进入地埋管道中，经过一段长距离的处理之后，然后送入室内——

在过去，设计建造住宅中，人们对于室外空气如何进入室内，没有去过多地考虑过。

而现在，随着能源节约已成人们的共识，住宅的设计建造，往往采取了比较高效的保温隔热构造措施，因而住宅的密封性能已被大大提高。

多数情况是这样的，住宅的保温隔热效果好了，室内的空气质量往往就会降低一些，因而一般情况下，大多是采取直接开关门窗通风换气的方式，来保证室内空气的清新。

为了既能保证室内有一个健康清新的空气环境，又要考虑到减少室内因通风换气，造成不必要的大量能源的消耗浪费，人们在如何实施住宅内部的进气和排气的通风问题上，已经做了大量的试验性研究。

直接开关门窗，普通方式下的室外空气与室内空气的直接交换流通，势必会造成一部分能源的损失浪费，因而在西方很多国家，往往会在室内安装所谓的“能量回收通风系统ERV（Energyrecoveryventilation）”，或者叫“热回收通风系统——HRV（HeatRecoveryVentilation）”，来加以解决这一问题。

在冬季，ERV系统，首先回收预排出废气中蓄含的热量，配合制热设施，来加热从室外吸入的较冷的新鲜空气，然后，再将这些主要是经过制热设施加热之后，温度升高的室外空气，输送到室内各个房间内部，同时，也将经过回收蓄含热量之后的废气，排送到室外。

在德国等某些国家，建造独立住宅时，为了充分利用地表土壤中的能源资源，室外空气，进入室内，并不是采用传统的直接开关门窗的简易形式，而是首先通过埋置在住宅外面，地坪下方土壤中的总的进气管道，在管道内，空气与管道外面的地下土壤，进行第一次能量交换，也就是第一次预处理进入室内的新鲜空气之后，再将这些室外空气送入“能量回收通风系统ERV（Energyrecoveryventilation），进行第二次能量交换，然后再将这些经过二次处理的室外新鲜空气，输送到住宅各个房间内部。

Asincomingairpassesthroughtheundergroundpipes,itispre-warmedwithgroundheatinwinterandpre-cooledwithcoolergroundtemperaturesinsummer.

（作为通过地埋管道进入室内的空气，在冬天，利用地表土壤热量进行预热，在夏天，利用地表土壤较冷的温度进行预冷）

图中，夏季，室外空气的温度为30度，经过地下深埋管道，与土壤交换能量之后，进入室内时，空气温度已下降到20度；

实际上，在冬季的道理，跟在夏季的道理，是相似的。

冬季，室外空气的温度较低，经过地下深埋管道，与土壤交换能量之后，进入室内时，空气温度又会升高不少。

炎热的夏季，室外空气温度较高，在经过地下土壤中的第一次降温处理以后，再送入室内的“能量回收通风系统ERV”，进行第二次能量交换处理。

当然，夏季空气，遇冷之后，往往会产生冷凝水的问题。

在埋设地下管道时，需要设置一定的坡度，便于积存冷凝水的汇集排出，以保证空气的正常流动。

寒冷的冬天，室外空气温度较低，在经过地下土壤中的第一次升温处理以后，再送入室内的“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），进行二次能量交换处理。

Bynarrowingthegapbetweenoutdoortemperaturesandcomfortableindoortemperatures,aground-airheatexchangesystemsignificantlyreducestheamountofadditionalenergyrequiredtoheatorcoolthebuilding.

（通过缩小室外温度和舒适的室内温度之间的差距，土壤-空气热交换系统，大大减少了加热或冷却建筑所需的额外能量。

）

Thesystemrequiresonlyasmallamountofelectricalpowertooperateanairintakefanandprovidessignificantenergycostsavings,especiallywhenusedinconjunctionwithheatorenergyrecoveryventilators（HRVorERV）.

（系统吸入空气的风扇运转，仅需要较少的电力，但是能提供大量的能源节约成本，特别是当与热量回收通风系统（HRV）或者能量回收通风系统（ERV）一起使用时。

）

热量回收通风系统HRV的主机安装在阁楼空间中，配合地埋进气总管。

夏天，或者，冬天，室外空气，经过一段距离的土壤中的地埋进气总管道，送入室内，温度变化情况示意图。

（图中外文：

法语）

考虑空气管道中，冷凝水问题，管线坡度设置，示意图。

（地埋进气总管，坡度最低处，位于地下室中）

考虑空气管道中，冷凝水问题，管线坡度设置，示意图。

（地埋进气总管，坡度最低处，位于室外。

）

图中橙色的PVC管道，是室外空气进入住宅内部的总进气管道，几乎围绕房屋下部基础的四周。

总进气管道，深埋在土壤中，土壤中蓄含的热量，通过管壁直接与管道内的空气，进行热量交换。

在冬季，室外空气的温度较低，通过与土壤中的热量进行交换之后，室外空气进入“能量回收通风系统ERV主机”中，被预先进行了预热处理；

在夏季，室外空气温度较高，通过与土壤中的热量进行交换之后，室外空气进入“能量回收通风系统ERV主机”中，被预先进行了预冷处理。

这样设计做法，能够充分利用自然地热自源，减少独立住宅，因调节室内空气温度的能源消耗。

室外地下土壤中，安装地埋总进气管道，室内安装“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），独立小住宅，三维立体剖解示意图。

室外地下土壤中，安装地埋总进气管道，住宅上部阁楼空间，安装“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），独立小住宅，三维立体剖解示意图。

室外安装“地埋地热交换器”——“第一次热量交换”

室内安装“能量回收通风系统ERV”（ERV主机安装在住宅上部阁楼空间）——“第二次热量交换”

室外“地埋地热交换器”——第一次热量交换，与室内“能量回收通风系统ERV”——第二次热量交换，连结关系示意图一例。

室外地下土壤中，安装地埋总进气管道，住宅下部地下室空间，安装“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），独立小住宅，三维立体剖解示意图。

室外安装“地埋地热交换器”——“第一次热量交换”

室内安装“能量回收通风系统ERV”（REV主机安装在地下室的设备间）——“第二次热量交换”

室外“地埋地热交换器”——第一次热量交换，与室内“能量回收通风系统ERV”——第二次热量交换，连结关系示意图。

“地埋地热交换器”与“能量回收通风系统ERV”连结关系示意图详解

“能量回收通风系统ERV”主机安装在住宅的上部空间阁楼中

总进气管道与总排气管道，复合构造为一体，即，大管道的外圈层，为进气层，大管道的中心，为排气层。

整个系统，共有三次热交换的过程：

第一次——地下土壤与复合大管道的外层进气层之间，进行热量交换；

第二次——“能量回收通风系统ERV”主机中，进气与排气之间，进行热量交换；

第三次——“能量回收通风系统ERV”主机中排出的废气，仍然会残留一定的热量。

复合大管道中心，即将排出的废气，与复合大管道的外圈层，进行热量交换。

实际上，在冬季，埋在地下土壤一定深度中的总进气管道，要吸收两部分的热量，即，吸收复合构造大管道外面土壤中的热量，又吸收复合构造大管道里层中心，欲排出的废气中的热量。

在德国，“被动式房屋”的建筑成本，仅比传统房屋高出5%-7%。

新型设计采用了精巧的中央通风系统，进气管和排气管并排安置，温暖空气排出去的同时，清洁的冷空气引进来，热交换效率可达90%。

“能量回收通风系统ERV”主机安装在住宅的下部空间地下室中

“能量回收通风系统ERV”主机安装在住宅的下部空间地下室中

室外地下土壤中，安装地埋总进气管道网，住宅下部地下室空间，安装“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），独立小住宅，三维立体剖解示意图。

室外地下土壤中，安装围绕房屋基础四周的地埋总进气管道，住宅下部地下室空间，安装“能量回收通风系统ERV”（Energyrecoveryventilation），独立小住宅，三维立体剖解示意图。

室外空气，经过地埋管之后，进入室内，温度变化示意图。

Air à 9℃ （法语）空气9℃

Filtre à air（法语）空气过滤器 1,5m （离地1.5米）

Terre à 15℃ 土壤15℃

RécuperationdeLacondensation 凝结水回收

Turbine水轮机

VMC:

VventilationMécaniqueContrôlée机械控制通风系统

室外空气，经过地埋管之后，进入室内，温度变化示意图。

Schémadeprincipe- （法语）示意图

室外空气，经过地埋管之后，进入室内，温度变化示意图。

Extérieur （法语）外部

Filtre（法语）空气过滤器

Siphon（法语）虹吸管

Bypass（法语）旁通管

Centraledoubleflux（法语）中央双路（热交换机组）

Hâbitation（法语）房屋（底层楼板）

Airneuf（法语）清新空气

Airvicié（法语）浑浊的空气

Aird’échappement（法语）排气

室外进气总管地埋，室内安装“能量回收通风系统ERV”，示意图。

Prised’airgéothermique地热（管）进气口

Entréed’airneuf新鲜空气入口

Registre 寄存器？

？

Duolix=VMCDoubleFlux–DUOLIX

机械控制通风系统DUOLIX牌，相当于“能量回收通风系统ERV”

Soufflaged’airneuf 吹入清新的空气

Extractionsanitaires提取健康（气体）

Extractioncuisine 提取厨房（气体）

Rejet 排出

室外进气总管地埋，构造组成，示意图。

室外进气总管地埋，安装有空气冷凝水收集池，室内安装“单路机械控制通风系统VMC”或者“能量回收通风系统ERV”，示意图。

室外进气总管地埋，安装有空气冷凝水收集池，室内安装“双路机械控制通风系统VMC”或者“能量回收通风系统ERV”，示意图。

HeatExchangeInSummer

（热交换在夏季）

HeatExchangeInWinter

（热交换在冬季）

CONTROLLEDVENTILATION（控制通气）

OPTIMIZINGAIRQUALITYANDEFFICIENCY（优化空气质量和效率）

GeothermalEnergyPreconditionsFreshAir（地热能源提供新鲜空气的前提条件）

1Airinlettowerwithintegratedairfilterdrawsinfreshair

（1、进气塔，集成空气过滤器，吸入新鲜空气）

2Pipestemperfreshairwithgeothermalenergy

（2、管道利用地热能缓和进入的室外新鲜空气）

3Fanpropelsairintoductsafterpassingthroughoptionalheatrecoveryventilator

（3、风扇推动空气进入管道经过可选热回收通风机）

4Registersdistributefreshairtorooms

（4、系统主机分配新鲜空气到各个房间）

5Returnventsremovestaleairfromrooms

（5、返回通风孔从房间里清除陈旧的空气）

6Exhaustfansexpelairfromthebuildingafterpassingthroughoptionalheatrecoveryventilator

（6、排气风扇，通过可选的热回收通风系统，将废弃排到住宅外部）

室外空气——进气塔——环绕独立住宅基础外侧一周的地埋进气管道——连同坡度最低点在室外地面上的竖立集水井——进入地下室内部——与地下室中的能量回收通风系统混合使用。

大型建筑物，配合室外场地下面的地埋进气管网，示意图。

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EARTHTUBEQ&A（关于地埋进气管的问答）

Q.Wouldyougenerallyrecommendearthtubes?

Whatarethebiggestproblemswithinstallingone?

（你会建议使用地埋进气管吗？

安装中最大的问题是什么？

）

A.I’drecommendthisapproachtoanyonewholivesinanareaofclimateextremesandwhowilltakethetimeandtroubletoinstallitproperly.Therearecertainlydifficultiessourcingcomponents,andthewholeprocesswouldbefareasier,forexample,inAustria,wherethistechnologyisrelativelycommon,andtherightcomponentscanbefoundmoreeasily.I’drecommendasignificantslopewithagoodaccessibledrain.Ifyou’rediggingastraighttrenchwithabackhoethenover100feetyouwilldrop2or3extrafeet,sobeawareofthatandplanaccordingly.

Q.Whatwasthecostoftheearthtubeitself?

（地埋进气管本身的成本是多少？

）

A.Ispentaround$500onplasticpipeandfittings,butIstillneedtobuildaproperhousingforthedownstreamairintake.SincemysitewassteepandhaddifficultaccessIalsoused$100orsoofusedconcreteblockstoprotectthepipesfrombeingcrushedbytrucksandheavyequipmentduringbackfillandleveling.Laborwasnotmuchmorethanaperson-day,andlandfillingcostwasnegligible,sinceIcompletedthepipingduringconstruction,beforeanybackfillhadcommenced.

Q.Areallsoiltypessuitableforearthtubes?

（所有的土壤类型都适用于地埋进气管吗？

）

A.Claysandsiltswillhavemoregeothermalheatcapacitythanlightorsandysoils,butperhapsthebiggestissueiswater:

itmakesnosensetometoinstallthistechnologyinareaswithahighwatertable,whereitwillbeputunderhydrostaticpressure.Thereforepartofthein