BOB我国力争在 2030 年前实现碳达峰，在 2060 年前实现碳中和，加强可再生能源利用对“双碳”目标的实现至关重要。浅层岩土中蓄积的冷/热量是宝贵的可再生能源，而土壤-空气换热器(earth to air heat exchanger，EAHE)是搬运该天然冷/热量并进行跨季节、跨时段利用的重要技术。在建筑空调与供暖领域，EAHE 因其系统简单、建造成本低以及能同时向建筑供应新风与冷/热量的优势，得到了广泛的关注与应用。
当 EAHE 介入建筑后，EAHE 向建筑动态提供的冷/热量以及建筑自身的被动调节作用都会显著影响室内空气温度的波动特性。EAHE 改善建筑室内热环境的能力不仅跟EAHE 从土壤中获取了多少冷/热量有关，还与建筑本体的蓄/放热能力密切相关。实际上，EAHE 能发挥多大的作用取决于 EAHE 与建筑本体蓄热的耦合效应。然而，这一动态耦合过程很复杂，是具有多重时间尺度的非线性问题，这使得人们对二者耦合后形成的室内热环境参数波动特性难以把握。如果能从物理上剖析并在数学上解析这一复杂问题，对于促成 EAHE 与建筑本体的有机融合，实现 EAHE 的高效、集约利用来说，意义将不言而喻。《土壤-空气换热器与建筑蓄热耦合理论》的研究正是在这个动机下发起，并在国家自然科学基金项目“EAHE 与建筑本体蓄热跨时间尺度耦合及协同激发热压潜力研究”(项目编号：51578087)的资助下开展的。
EAHE 的换热过程及与建筑本体蓄热的耦合过程很复杂，并受到EAHE 埋管形式、取风方式、运行模式以及建筑蓄热体类型等诸多因素的影响BOB，本书着重在“室外热环境存在年、日两个尺度的波动周期”这个背景下，针对连续运行的开式 EAHE，对其与建筑本体蓄热的耦合机理、数学模型及解析方法开展研究。在处理建筑内部蓄热体的温度分布时，采用“集总参数”的思维，避免蓄热体温度不均匀这一实际特性对问题本质与主要矛盾的遮蔽。在处理建筑围护结构的动态传蓄热时，充分借鉴或采用前人研究的成果。本书并不拘泥于将每个物理细节进行“真实”映射与模型表达，而着重展现认识这一多重时间尺度非线性耦合问题的视角与解析的思路及方法，并展示对工程应用有启示的主要结果。正因为如此，本书介绍的理论模型仍留出了充足的接口去吸纳其他既有理论与未来可能的改进。
建立EAHE 与建筑本体蓄热非线性耦合理论是促成EAHE与建筑本体蓄热高效协同，进而实现 EAHE 与建筑有机融合的必经之路。笔者及其带领的课题组围绕该问题开展了系统研究，本书将针对其中的重点内容做介绍。
第 1 章为绪论，首先简要介绍了 EAHE 改善建筑室内热环境的原理，而后着重说明了三个方面的问题：一是，EAHE为什么与建筑本体蓄热之间存在耦合效应；二是，EAHE对室内热环境的作用为什么取决于 EAHE 与建筑本体蓄热的耦合效应；三是，EAHE 与建筑本体蓄热的耦合效应具有什么特点，对其进行解析的难点又是什么。
在第 2 章中，笔者分析了关于通风气流与建筑本体蓄热耦合的既有模型的优点与不足，介绍了改进后的模型，及在解析该问题时采用的数学方法。通过将呈简谐波动的物理量拆解为平均量与波动量，并在复数空间完成波动量的四则运算，获得了通风气流与建筑本体蓄热耦合模型的解析解，清晰地呈现了解析过程及最终结果的物理意义。特别要说明的是，利用笔者提出的方法成功获得了热压与建筑本体蓄热耦合这一强非线性问题的近似解(渐近解)，并据此解释了该模式下通风量呈现非简谐波动的原因，量化了通风量一阶波的相位差范围。虽然第 2 章的内容并未涉及 EAHE，但其理念及解析方法为第 4 章中 EAHE与建筑本体蓄热耦合模型的建立与解析奠定了基础。
第 3 章介绍了动态室外热环境下的 EAHE 换热模型。描述了 EAHE 入口空气温度与EAHE 埋管周围土壤温度在年、日两个周期中的波动特性，基于拉普拉斯方法，获得了连续运行的 EAHE 出口空气温度解析解。考查了 EAHE 截面形状对其换热效果的作用，并建立与解析了圆形与扁平截面 EAHE 的动态换热模型。探讨了 EAHE 壁面湿润条件下存在的热湿耦合传递过程及对管内空气温湿度波动的影响，并尝试建立了数学模型。本章量化了 EAHE 介入土壤之后，管内空气与土壤之间的蓄/放热过程，得到了 EAHE 出口空气参数的计算式，为后续 EAHE 与建筑本体蓄热耦合模型的建立提供了子模型。
第 4 章针对恒定风量机械通风的 EAHE(简称 EAHEMV)与建筑蓄热的耦合效应建立了理论模型，获得了该模式下的室内空气温度计算式，并通过实验进行了验证。分析了年、日两个周期中影响 EAHEMV 模式调控效果的关键参数。基于具体案例，给出了在EAHEMV 模式下使得室内空气温度全年处于舒适区间的方案BOB。
第 5 章提出了热压驱动 EAHE 的建筑通风模式(简称EAHEBV)。本章针对 EAHEBV模式建立了数学模型，获得了描述通风量与室内空气温度波动行为的解析解。并且，采用数值模拟对该通风模式进行了研究。本章建立的理论模型与第 2 章的热压通风模型及第 3章的EAHE 换热模型一脉相承，对二者进行了有机结合。最后，比较了 EAHEBV 模式、EAHEMV 模式与无 EAHE 的常规热压通风模式(简称 BV)调控室内空气温度的能力。
第 6 章介绍了一种以室内热环境调控需求为导向的 EAHE 逆向匹配方法，本章的工作缘起于试图主动并精准把控 EAHE 调节效果的初衷。前面几章的研究已经表明，当EAHE 介入建筑后，室内热环境参数实则为建筑本体蓄热参数与 EAHE 诸多参数的多元复合函数BOB。而在实际应用中BOB，比起“特定的 EAHE 参数能营造出什么样的室内热环境”来说，“特定的室内热环境调控目标应由什么样的 EAHE 参数来实现”是更值得关注的问题。本章从 EAHE 冷热供给量与建筑室内冷热需求量的动态平衡关系出发，基于室内热环境调控目标及室外气候参数、土壤热物性参数等客观条件，确定出与调控目标相匹配的 EAHE 参数。最后，基于具体案例，展示了建筑本体参数与 EAHE 参数的互补性BOB。
阳东，博士，重庆大学土木工程学院教授、博导。主要从事建筑环境调控与可再生能源利用中的传热传质问题、特殊建筑通风与防排烟、密闭空间火灾防治与环境控制等方面的研究。主持国家重点研发计划课题1项，国家自然科学基金项目3项，省部级项目3项，以及重要工程咨询项目与技术开发项目10余项。近年来，以第一作者或通讯作者发表学术论文50余篇，其中SCI收录40余篇。出版专著2部；参编标准3部。入选国家高层次青年人才；获重庆市科技进步奖二等奖1项（排名第1）。
土壤-空气换热器（EAHE）是将浅层岩土蓄积的冷/热量搬运至建筑空间并对室内热环境进行被动调控的重要技术。本书关注动态室外热环境下EAHE与建筑本体蓄热的耦合作用，力图对这一跨时间尺度的非线性问题进行定量描述，以期实现EAHE的集约利用及与建筑本体的高效融合。本书不仅注重利用作者发展的新方法对蓄热通风作用下的室内热环境动态特性以及EAHE与建筑本体蓄热的耦合效应进行定量描述，还力图进行物理上的阐释；同时，结合案例展现了这些理论方法在实际应用中的价值。
1.1EAHE简介11.2EAHE改善建筑室内热环境的原理21.3EAHE与建筑本体蓄热耦合效应简述51.3.1建筑本体蓄热对室内空气温度的调节作用51.3.2EAHE与建筑本体蓄热耦合的多重时间尺度性与非线章通风与建筑本体蓄热非线恒定通风气流与建筑本体蓄热耦合112.1.1Yam等的模型及解析解112.1.2周军莉等的模型122.1.3改进的模型142.1.4改进的模型与现有模型的对比162.2热压驱动通风气流与建筑本体蓄热非线基于傅里叶级数表达的模型及其近似解192.2.3模型验证与新现象解释272.2.4渐近解的应用价值讨论33参考文献34第3章动态室外热环境下的EAHE换热模型353.1室外空气温度与土壤原始温度表征353.1.1室外空气温度与综合温度353.1.2土壤温度分布373.2圆形截面EAHE换热模型393.2.1EAHE周围土壤的过余波动温度393.2.2拉普拉斯变换简述403.2.3EAHE周围土壤动态导热过程的数学描述413.2.4EAHE出口空气温度解析式433.2.5圆形截面EAHE数值模拟443.3扁平截面EAHE换热模型463.3.1EAHE周围土壤的动态导热过程483.3.2EAHE出口空气温度解析式503.3.3扁平截面EAHE数值模拟513.4圆形截面EAHE与扁平截面EAHE的性能对比523.4.1圆形与扁平截面EAHE埋管周围土壤温度分布523.4.2圆形与扁平截面EAHE换热性能对比553.4.3关键参数对两种截面EAHE出口空气温度波动特性的影响583.4.4截面宽高比对扁平截面EAHE换热性能的影响603.5EAHE热湿耦合传递模型初探623.5.1模型假设623.5.2EAHE周围土壤的动态导热过程653.5.3热湿耦合传递模型控制方程673.5.4实验验证703.5.5模型局限性评述76参考文献76第4章风量恒定的EAHE与建筑蓄热的耦合效应784.1EAHE与建筑本体蓄热耦合效应的形成784.2EAHEMV与建筑本体蓄热耦合的数学模型794.2.1EAHE管内空气与土壤的换热模型794.2.2EAHE与建筑蓄热耦合模型874.2.3实验验证914.3EAHEMV与建筑本体蓄热耦合效应的影响因素944.3.1影响年周期室内空气温度的参数944.3.2影响日周期室内空气温度的参数964.4案例分析98参考文献100第5章热压驱动通风的EAHE与建筑本体蓄热耦合效应1015.1EAHEBV模式的原理1015.2EAHEBV模式的数学模型1025.2.1模型假设1025.2.2理论模型的控制方程1025.2.3控制方程的拆解及无量纲化1045.2.4模型求解1055.3EAHEBV模式数值模拟1085.3.1模拟算例1085.3.2数值模拟结果分析1105.4EAHEBV、EAHEMV与BV模式的性能对比1135.4.1案例介绍1145.4.2结果讨论与分析114参考文献118第6章以室内热环境调控需求为导向的EAHE逆向匹配理论1206.1EAHE调控建筑室内热环境的正向模型回顾1206.1.1EAHE出口空气温度的波动特征1216.1.2建筑室内空气温度的波动特性1236.2EAHE逆向匹配方法1246.2.1逆向匹配方法的基本思路1246.2.2调控目标的确定1256.2.3满足调控需求的EAHE出口空气温度特征波动参数1266.2.4EAHE参数的确定1296.2.5逆向匹配方法的流程1326.3逆向匹配方法的验证1346.3.1模拟案例1346.3.2调控目标达成度分析1356.4建筑本体参数与EAHE参数的互补效应136参考文献138（本期编辑：王芳）科学出版社
