土壤恒温层温度及深度研究.pdfVIP

维普资讯 第 28卷 第 5期 太 阳 能 学 报 Vo1．28，No．5 2007年 5月 ACIA ENERGIAE S0LARIsslNICA May．，2007 土壤恒温层温度及深度研究 刘晓燕，赵 军，石 成，赵 波 (大庆石油学院土木建筑工程学院，大庆 163318) 摘 要：根据能量守恒定律，证明了土壤恒温层温度等于年均气温，并且用4座城市的土壤恒温层温度与当地年 均气温进行对比，验证了此结论。利用土壤 自然温度场模型，推导出土壤恒温层深度的计算公式。定量分析了影 响土壤恒温层深度的5种因素 ，得出了土壤恒温层深度主要受大气温度年振幅(z’丑 一 )、恒温层温度振幅(e)及 土壤导温系数(o)3种因素影响的结论。 关键词：恒温层 ；年均气温；振幅；恒温层深度 中图分类号：TK52 文献标识码：A 由假设①～③，可以把地表土壤到恒温层深度 O 引 菁 处土壤的传热看作年周期一维非稳态无内热源传热 土壤温度是地下设施设计、施工、运行管理的基 问题。由假设⑤得到下式： 础参数，恒温层温度及深度是土壤温度场的重要指 dr-0 ∈[0’日] (1) 标。工程中缺少恒温层温度数据时，常用当地年均 气温来代替…，但并没有给出相关的理论及证明。 因土壤导热系数可看作常数，且土壤温度为连 土壤恒温层温度是否确实等于年均气温，目前尚未 续的，所以可以改变上式微积分次序，即： 见相关报道。关于恒温层深度的研究，文献 [2～5] 笔dr= dr=××笔=0 虽给出了计算方法，但没有推导出恒温层深度的计 又因为： T× ≠0 算公式。本文从能量守恒的角度出发，证明恒温层 的温度等于年均气温；从土壤 自然温度公式出发，推 所以： =0 ∈[0，H] 导恒温层深度的计算公式，并分析对恒温层深度影 由上式可知，任意深度处的土壤年均温度沿深 响的各种因素。 度方向变化率为零，所以恒温层以上任意深度处土 1 土壤恒温层温度证明 ． 壤的年均温度为常量，即： = 常数 ∈[0，H] (2) 对地表到恒温层深度的土壤，作如下简化假设： 式中，卜 年周期，s；f——r时刻， 深度处的土 ①土壤为常物性； 壤温度，oC；日——土壤恒温层深度，m；卜一 恒温层 ②无内热源； 以上任意深度处土壤的年均温度，℃。 ③大气及土壤温度以年为周期变化； 由(2)式可知： ④地表到恒温层范围内的土壤，只考虑大气对 I：0= I：H (3) 其温度分布影响，忽略地热的作用； 又因为土壤恒温层温度振幅为零，所以： ⑤根据能量守恒定律，在地表到恒温层范围内， I：H=tH (4) 任意深度土壤层的年周期热通量为零 ； 联立式(3)、式(4)得到： ⑥地表与大气间的表面