根据目前的趋势,2020年全球能源消耗量将是目前水平的两倍多,其中建筑采暖和空调能耗所占比例较大,这种不断增加的能源需求将加剧环境污染和能源短缺,所以使用清洁的可再生能源、提高能源利用率和节能减排成为当务之急。土壤-空气换热器系统作为一项新型建筑节能技术,利用地下土壤加热或冷却地埋管内空气,埋管出口的空气可直接用于空间加热或冷却,或者与空气处理机组结合应用。由于不同地区气候条件和土壤层温度不同,土壤-空气换热器的换热性能与节能潜力也不同。为了探究该系统在寒冷地区应用的可行性和应用效果,本文利用ANSYS FLUENT建立土壤-空气换热器三维非稳态数值模型,探究北京地区土壤-空气换热器的换热效果和节能效益。计算分析了北京地区浅层土壤温度分布,研究了综合环境条件作用对浅层土壤温度分布的影响。模拟计算了土壤层与室外空气的温差,结果表明,在4m深处,11月至2月期间换热温差范围为0.69℃~25.35℃,6月至8月期间夏季换热温差范围为4.34℃~16.14℃,因此,在北京地区应用土壤-空气换热器系统是可行的,可获得较好的建筑节能效果。在分析土壤-空气换热器换热原理的基础上,建立了土壤-空气换热器三维非稳态数值模型,分析了影响系统换热性能的因素和管道附近土壤温度分布,得出管道较长、埋在较深处并具有较低空气流速和较小直径时,能够促进系统性能的提高。系统间歇运行时,换热器进出口空气温差比连续运行时要大。通过对土壤-空气换热器系统运行一个周期的模拟表明,土壤跨季节热恢复较好。基于上述研究成果,设计了具有工程实际应用规模的土壤-空气换热器系统,用于预热/预冷新风。计算、分析结果表明,换热器效能达到90%以上,系统具有较好的节能性和经济性。以上工作对北京地区实际应用土壤-空气换热器具有一定的参考价值。