我国庄严承诺,2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和,因此能源结构的改革大势所趋。我国幅员辽阔,气候类型变化多样。严寒地区冬季寒冷且漫长,进行暖通空调设计时往往以冬季供暖为主,忽视了建筑内部新风的客观需求,导致室内空气质量下降,人员舒适度不佳。因此,为解决严寒地区建筑新风不足和新风处理能耗过高的问题,本文将土壤-空气换热器技术应用到新风系统中,提出基于土壤-空气换热器的新风系统,利用土壤对室外新风进行预处理,结合热回收机组,实现建筑内的低能耗新风供给。本文通过实验和数值模拟的方法研究土壤-空气换热器新风系统在严寒地区的可行性与普适性,同时探究不同气象条件、结构参数、运行参数等对系统性能的影响。本文首先分析土壤-空气换热器技术在气候类型应用上的局限性,提出了一种新型水平双层横向U型土壤-空气换热器,并与热回收机组结合应用于严寒地区建筑的新风系统;其次,搭建土壤-空气换热器新风系统本体实验台,针对不同入口风速、入口温度、运行模式、模拟降雨等条件下换热器性能的变化进行实验研究。实验结果表明,该系统在严寒地区全年均具有可行性,制热工况运行下,新风量为985 m~3/h时,土壤-空气换热器可为室外新风带来最大22.2℃的温度提升,通过热回收机组后,带入室内的热负荷最大值仅为5.66 W/m~2,对室内热环境造成的影响可以接受;制冷工况下,系统热回收功能旁通,仅依靠室外风机与土壤-空气换热器就可有效冷却新风,同时经过预冷的新风可最大承担77.7%的室内冷负荷（室内计算状态点:26.0℃,相对湿度60%）。通过人工模拟降雨改变土壤体积含水率,发现土壤体积含水率平均增加3.7%时,换热器日平均效能提升7.7%以上。为进一步探究结构参数、气象条件、运行模式等对土壤-空气换热器运行的影响,本文利用多物理场耦合计算软件COMSOL建立了集合土壤冻结、降雨等真实外界气象条件的三维土壤-空气换热器数值计算模型,并利用实验数据对模型可靠性进行验证。通过数值模拟方法,研究土壤冻结、降雨等对换热器性能的影响。模拟结果表明,当换热器入口空气温度为-37.7℃时,考虑换热器周边土壤冻结的换热器出口空气温度较无冻结情况下最大温差达到2.2℃。由于土壤冻结时释放大量潜热,运行300小时后,距离换热器壁面0.1 m处土壤温度较无冻结情况高出0.7℃。降雨模拟中,当降雨强度由0.3 mm/h增加至15 mm/h时,入渗深度由0.8 m增加至2.5m,制冷工况下换热器最高出口空气温度较无降雨条件时下降3.4℃,说明土壤含水率的变化对土壤-空气换热器性能影响不容忽视。在之后的参数分析中,通过对换热器管长、管径、管材、入口空气温度、入口空气风速、运行模式及土壤类型等因素对系统出口温度、周边土壤温度等的影响,得出换热器在不同参数下的性能表现及性能随各参数的变化情况。通过敏感性分析,得出在设计条件下,对土壤-空气换热器性能有显著影响的参数为土壤导热系数、换热器埋深、土壤体积含水率及入口空气温度。最后,在严寒地区哈尔滨气候条件下,针对一单管土壤-空气换热器,综合考虑外界气象条件影响及土壤温度的季节性变化,模拟分析了土壤-空气换热器的长期运行性能,获得不同运行模式下系统长期运行的性能变化规律。结果表明分工况运行可有效规避全年连续运行模式下的“无效运行”时段,实现更加长期可靠的运行。本文从实验和模拟验证了土壤-空气换热器新风系统在严寒地区的可行性,同时研究了外界气象条件与不同结构、运行参数对系统的影响,揭示了其运行规律,并对土壤-空气换热器的长期运行性能进行了模拟预测,具有较好的实际应用价值,也为解决严寒地区建筑新风不足、新风处理能耗过高的现状提供了新思路,对进一步减少建筑能耗,拓展土壤-空气换热器适用范围及应用领域具有指导意义。本文为国家重点研发计划“近零能耗建筑技术体系及关键技术开发”（2017YFC0702600）的部分研究内容。