06 第06章土壤空气和热量状况.pptx

第1页：第六章土壤空气和热量状况封面

第六章土壤空气和热量状况封面

第六章土壤空气和热量状况

第2页：土壤空气

土壤空气

第一节土壤空气

第3页：土壤空气的组成

土壤空气的组成：一、土壤空气的组成在土壤固、液、气三相体系中，土壤空气存在于土体内未被水分占据的空隙中，在一定容积的土体内，如果孔隙度不变土壤含水量多了，空气含量必然减少，反之亦然。所以土壤空气含量随土壤含水量而变化。土壤空气组成与大气差异也大

第4页：土壤空气与大气组成的差异

土壤空气与大气组成的差异：下表列出相关数据。

第5页：土壤空气与近地表大气组成

土壤空气与近地表大气组成

土壤空气与近地表大气组成的差别土壤空气中的C02含量高于大气土壤空气中的O2含量低于大气土壤空气中水汽含量高于大气土壤空气中含有较多的还原性气体

第6页：土壤空气的运动

土壤空气的运动：二、土壤空气的运动如果土壤空气和大气不进行交换，土壤空气中的氧气可能会在12-40h消耗殆尽。土壤空气运动的方式有两种：对流和扩散。影响土壤空气运动的因素有气象因素、土壤性质及农业措施，气象因素主要有气温、气压、风力和降雨等

第7页：土壤空气的运动（续）

土壤空气的运动（续）

1、土壤空气的对流土壤空气的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称为质流。土壤与大气间的对流总是由高压区流向低压区。土壤空气对流方程式：qv=-(k/)p式中，qv是空气的容积对流量(单位时间通过单位横截面积的空气容积)；k是通气孔隙透气率；表示土壤空气的粘度；p表示土壤空气压力的三维梯度

第8页：土壤空气的扩散在土壤空气的组成中

土壤空气的扩散在土壤空气的组成中：2、土壤空气的扩散在土壤空气的组成中，CO2的浓度高于大气，而O2的浓度低于大气，这样就分别产生了土壤和大气之间CO2分压差。在分压梯度的作用下，驱使CO2气体分子不断从土壤中向大气扩散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气扩散，这种土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。CO2O2

第9页：土壤与大气间的空气扩散可用费克

土壤与大气间的空气扩散可用费克

土壤与大气间的空气扩散可用费克(Fick)定律表示Fick定律气体的扩散速率(dQ/dt)和该气体的浓度梯度(dc/dx)以下式表示：qd=-Ddc/dxqd表示扩散通量(单位时间通过单位面积扩散的质量)D表示在该介质中扩散系数(其量纲为面积/时间)c表示某种气体(CO2或O2)的浓度(单位容积扩散物质的质量)x表示扩散的距离

第10页：qd=-(D/B)(dc/dx

qd=-(D/B)(dc/dx

qd=-(D/B)(dc/dx)如气体的浓度梯度用分压梯度表示B表示偏压与浓度的比D扩散系数气体在单位分压梯度下(或单位浓度梯度下)，单位时间通过单位面积土体剖面的气体量D值的大小取决于土壤性质，同一土壤，在同样的条件下，不同气体的扩散系数是不同的，如O2的扩散系数比CO2约大1.25倍。不同压力和温度下的气体扩散系数变化也较大

第11页：，由于土壤孔隙的曲折复杂，气体在土壤中的

，由于土壤孔隙的曲折复杂，气体在土壤中的：扩散系数D。明显地小于其在空气中的扩散系数(D)

第12页：土壤热量

土壤热量

第二节土壤热量

第13页：土壤热量的来源

土壤热量的来源：一、土壤热量的来源太阳辐射能生物热地球内热

第14页：土壤的热量平衡

土壤的热量平衡：三、土壤的热量平衡土面所获得的太阳辐射能转换为热能时，这些热能大部分消耗于土壤水分蒸发与大气之间的湍流热交换上，另一小部分被生物活动所消耗，只有很少部分通过热交换传导至土壤下层

第15页：单位面积上每单位时间内垂直通过

单位面积上每单位时间内垂直通过

单位面积上每单位时间内垂直通过的热量叫热通量，以R表示之，单位为J/(cm2·min)，它是热交换量的总指标土壤热量收支平衡式S=Q±P±LE+RS为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量Q辐射平衡L为水分蒸发蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加的量P为土壤与大气层之间的湍流交换量R为土面与土壤下层之间的热交换量

第16页：土壤热性质

土壤热性质

第三节土壤热性质

第17页：土壤热容量

土壤热容量：一、土壤热容量单位质量(重量)或容积的土壤每升高(或降低)1℃所需要(或放出的)的热量C代表质量(重量)热容量，单位是J/(g.C)Cv代表容积热容量，Cv的单位是J/(cm3·℃)C与Cv的关系是C=Cv。。是土壤容量

第18页：土壤组成分的差异

土壤组成分的差异：土壤的C和Cv也有很大差异矿质土粒的C为0.71J/(g.C)，密度为2.65或2.7mCv为0.712.7=1.9J/(g.C)有机质的C为1.9J/(g.C)，密度为1.3。oCv为1.91.3=2.5J/(g.C)土壤水的C和wCv都是4.2。土壤空气的aCv是1.2610-3J/(g.C)

第19页：因为不同土壤的三相物质组成比例是不同的

因为不同土壤的三相物质组成比例是不同的：故土壤的容积热容量(Cv)可用下式表示：Cv=mCv·Vm + oCv·Vo + wCv·Vw + aCv·VaMCv、oCv、wC和aC分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的容积热容量Vm、Vo、Vw、Va分别为土壤矿物质、有机质、水和空气在单位体积土壤中所占的体积比因空气的热容量很小，可忽略不计，故土壤热容量可简化为：Cv=1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw [J/(cm3·C )]

第20页：土壤导热率

土壤导热率：二、土壤导热率土壤具有对所吸收热量传导到邻近土层性质，称为称为导热性。导热性大小用导热率表示。在单位厚度(1cm)土层，温差别为1C，每秒钟经单位断面（lcm2）通过的热量焦耳数(J)。其单位是J/（cm2.S.℃）。

热量的传导是由高温处到低温处，设土壤或其它物质两端的温度为t1、t2，土壤的厚度为d，在一定时间(T)内流动的热量为Q。则一定时间内单位面积上流过的热量为Q/AT。两端间的温度梯度为(t1-t2)/d，故导热率根据定义为：=(Q/AT)/(t1-t2)/d或Qd/AT(t1-t2)

第21页：土壤的热扩散率

土壤的热扩散率：三、土壤的热扩散率土壤的热扩散率是指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内，1℃的温度梯度下，每秒流入1cm2土壤断面面积的热量，使单位体积(1cm3)土壤所发生的温度变化。其大小等于土壤导热率/容积热容量之比值。D=/Cv式中，为土壤导热率，Cv为土壤容积热容量。土壤水的热扩散率=5.02110-3/4.184，土壤空气的热扩散率2.09210-4/1.25510-3，土粒的热扩散率=8.410-3-2.510-3/1.9。

第22页：土壤的热扩散率（续）

土壤的热扩散率（续）

21世纪的新能源技术-地源热泵热泵利用地下浅层土壤能量，通过地下埋管管内的循环介质与土壤进行闭式热交换达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑供暖。此系统具有环保、节能、能源可再生、安全可靠的特点，特别适用于别墅和低密度住宅小区。

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第24页：土壤热泵主要分深层土壤(垂直埋管）

土壤热泵主要分深层土壤(垂直埋管）：大地表层（地下3米以上水平埋管）、地下水三种形式。深层土壤(垂直埋管）形式埋管深度约100米左右，热源稳定且置于土壤中进行封闭式热交换而不抽取地下水，对地下水无污染，因此为际高所采用。而大地表层形式（地下3米以上水平埋管）水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候影响，效率较低，可靠性差

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