土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统及其施工方法与流程

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及生土窑洞的温湿度调节结构。

背景技术：

传统生土窑洞具有冬暖夏凉的建筑特点，属于天然的生态住宅。然而，由于其室内通风效果差，经常出现室内霉潮、结露等现象，严重影响窑洞住宅的居住品质。

公知的传统生土窑洞的通风改良技术主要有两种：1）一种是使用分体式空调，其工作原理主要是压缩机吸入低压的气态制冷剂，被压缩成高温高压的气体；而后高温高压的气态制冷剂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高温高压液体；接着，通过节流装置降压（同时也降温）又变成低温低压的气液混合物。气液混合的制冷剂进入室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断汽化，起到降温的作用。但是，分体式空调需要使用大量能源，造价较高，且室外机组与室内机组的连接和设置破坏了传统民居既有的外观形态的原生性和完整性，并且因为没有室外新风送入室内，长期在封闭环境中使用空调，容易造成“空调病”。

2）另外一种是使用“风帽”通风装置，其工作原理主要是通过在窑顶安装“风帽”，在风帽靠近窑洞室内处设置管道风机，配合窑洞门窗的开启，通过室内风压通风和拔风透气的效果，从而达到窑洞室内风环境改良的效果。但是，风帽与窑洞门窗开启形成对流在有效改善了窑洞室内风环境的同时，却造成了窑洞室内热损耗，改变了窑洞“冬暖夏凉”的优良热工特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种既能够保持窑洞冬暖夏凉的优良特性，又能够持续向窑洞内送入新风、改善窑洞内部的空气环境，并且无须使用制冷剂、无须使用能源的土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统。

为实现上述目的，本发明的土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统 包括沿窑洞的窑腿倾斜设置的新风管，新风管埋设于土壤内且其坡度小于等于20%；新风管上串联连接有土壤源换热装置，

土壤源换热装置包括上集气箱和下集气箱，上集气箱的下表面中心与下集气箱的上表面中心通过连接柱相连接；上集气箱与下集气箱之间通过若干导气管相连通，各导气管以连接柱为中心均匀分布；所述上集气箱与下集气箱之间间隔设有多个传热板，传热板与导气管相垂直；传热板上均匀分布有多个形状不规则的传热孔；所述连接柱和各导气管均穿过传热板并与传热板固定连接；

以所述土壤源换热装置为界限，土壤源换热装置上方的新风管为上游新风管，土壤源换热装置下方的新风管为下游新风管；

所述新风管并排设有三排，各上游新风管的顶端均设有进风口，进风口伸出窑顶，各上游新风管的底端均与上集气箱相连接；各下游新风管的上端均与下集气箱相连接，各下游新风管的底部通过横向连接管相互连通，横向连接管向下连接有U形冷凝水管， U形冷凝水管的另一端开口在窑洞室外；横向连接管向上连接有送风装置；

送风装置包括底端与横向连接管相连通的立管，立管顶部伸入窑洞室内并连接有弯头，弯头连接有水平设置的出风口，出风口和所述进风口处均设置有防尘滤网；

窑洞室的顶壁设有若干拔气装置，拔气装置包括拔气管，拔气管的下端位于窑洞室内且其上端向上突出窑顶；拔气管顶部开口处罩设有风帽，风帽通过连接杆连接在拔气管上；所述拔气管的底部设有风量调节装置；所述出风口和所述拔气装置位于窑洞室内的相对两侧。

所述U形冷凝水管正上方的横向连接管的顶部设置有挡水凸起，挡水凸起呈上大下小的锥形，且挡水凸起的尖端向下正对所述U形冷凝水管的开口。

立管中部设有管道风机。

所述风量调节装置包括上孔板和下孔板，上孔板的外圆设有外螺纹，上孔板的上半部分伸入拔气管底端并与拔气管螺纹连接；上孔板的下表面与下孔板的上表面相贴合；

下孔板的外圆向上凸起设有环形的转动连接部，转动连接部的内径与上孔板的外径相同，转动连接部上设有环形的滑槽，上孔板固定连接有滑环，滑环卡入所述环形的滑槽；

上孔板和下孔板于对应位置处开设有若干拔气孔，在圆周方向上相邻的两个拔气孔的间距大于拔气孔的直径。

本发明的目的还在于提供一种上述土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统的施工方法。

为实现上述目的，本发明的土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统的施工方法按以下步骤进行：

第一步骤是沿窑洞的窑顶和窑腿开挖基坑，第二步骤是在基坑内铺设三根并排间隔设置的上游新风管、三根并排间隔设置的下游新风管和土壤源换热装置，并将上集气箱与各上游新风管相连接，将下集气箱与各下游新风管相连接；

第二步骤是使用横向连接管连接各下游新风管的底部，并在横管上连接送风装置和U形冷凝水管，在U形冷凝水管正上方的横向连接管的顶部设置挡水凸起，使挡水凸起的尖端向下正对U形冷凝水管的开口处；

还包括有与上述第一步骤和第二步骤不分先后顺序的第三步骤；

第三步骤是先在窑洞室内顶壁上穿设垂直设置的三根拔气管，

然后在各拔气管的底部螺纹连接风量调节装置，具体是将上孔板螺纹连接在拔气管底部；同时在各拔气管的顶部通过连接杆安装用于遮挡拔气管顶部开口的风帽。

本发明能够利用窑洞窑顶覆土层和窑腿处的土壤所含冷量或热量，无须使用制冷剂即可达到调节窑洞室内温度的目的，不会因使用制冷剂而对环境造成影响（如Ｒ22大量使用会破坏臭氧层）。本发明中，换气通风主要靠拔气装置来实现，利用风压进行自动通风，因此无须能源即可自动通风，十分节能。

本发明通过风量调节装置能够较为精确地调节拔气通风量，达到最佳的被动式通风效果，在需要短时间内大量换气的时候，又可以开启管道风机来进行强制通风，使用方式十分灵活，能够满足窑洞生活的各类空气调节的需要。

U形冷凝水管的位置较低，该处空气没有地表处的空气新鲜，且如果从该处抽入空气，则气流不会经过土壤源换热装置和较长的新风管，这样就起不到地源换热的作用，不能改善窑洞室内的温度条件。U形冷凝水管的设置，既能够排出冷凝水，又利用U形冷凝水管所形成的水封，防止U形冷凝水管处的空气被抽入窑洞室内。U形冷凝水管能够排出冷凝水，从而起到除湿的作用。总之，U形冷凝水同时具有除湿、防止空气由该处抽入并消除调温效果的作用，对于确保本通风除湿系统的正常运行具有重要意义。

挡水凸起能够使沿下游新风管的管壁流动的分散的冷凝水汇集到一起，并滴入U形冷凝水管，从而增强本发明的除湿效果。

当新鲜空气经上游新风管到达土壤源换热装置后，空气经上集气箱进入各导气管，导气管相连接的传热板起到传热翅片的作用，使导气管内的气流中的热量（或冷量）能够更快地散发到土壤中去，表现为导气管中的空气更为迅速地吸收土壤中的冷量（或热量）。传热孔为不规则形状，相较圆形孔或方形孔或椭圆孔，在面积相同的情形下其边长更长，从而增大传热板与土壤的接触面积，加快传热速度。本发明中土壤源换热装置加新风管的地源换热结构，具有较高的地源换热效率，能够更迅速地利用地源冷量（热量）降低（升高）送风温度，更充分地利用地源冷量（热量）。

本发明中的施工方法步骤简单，施工速度较快，并且不会破坏传统窑洞民居既有外观形态的完整性和原生性。

本发明在为窑洞内部降温（夏季）或升温（冬季）的同时，无须能源，无须使用制冷剂，不会造成环境污染，并且可以改善窑洞内部空气的新鲜程度，防止因传统空调“室内循环”的制冷制热方式造成的“空调病”，适于对现有窑洞进行改造，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是风量调节装置的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是土壤源换热装置与新风管的连接结构示意图；

图5是图4中土壤源换热装置的传热板处的截面图；

图6是生土窑洞地坑窑的平面置图；

图7是图1中G处的放大图；

图8是送风装置的结构示意图。

具体实施方式

图6中A处所示为窑腿处，图6中B处所示为基坑开挖处，图6中C处所示为地坑窑生土窑洞的窑洞室处，图6中D处所示为地坑窑外轮廓，图6中E处所示为地坑窑天心，图6中F处所示为地坑窑窑顶处。

图1中箭头所示方向为该处的气流方向。

如图1至图8所示，本发明的土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统包括沿窑洞的窑腿倾斜设置的新风管，新风管埋设于土壤内且其坡度小于等于20%；新风管上串联连接有土壤源换热装置1。

土壤源换热装置1包括上集气箱2和下集气箱3，上集气箱2的下表面中心与下集气箱3的上表面中心通过连接柱4相连接；上集气箱2与下集气箱3之间通过若干导气管5相连通，各导气管5以连接柱4为中心均匀分布；所述上集气箱2与下集气箱3之间间隔设有多个传热板6，传热板6与导气管5相垂直；传热板6上均匀分布有多个形状不规则的传热孔7；所述连接柱4和各导气管5均穿过传热板6并与传热板6固定连接；

以所述土壤源换热装置1为界限，土壤源换热装置1上方的新风管为上游新风管8，土壤源换热装置1下方的新风管为下游新风管9；

当新鲜空气经上游新风管8到达土壤源换热装置1后，空气经上集气箱2进入各导气管5，导气管5相连接的传热板6起到传热翅片的作用，使导气管5内的气流中的热量（或冷量）能够更快地散发到土壤中去，表现为导气管5中的空气更为迅速地吸收土壤中的冷量（或热量）。传热孔7为不规则形状，相较圆形孔或方形孔或椭圆孔，在面积相同的情形下其边长更长，从而增大传热板6与土壤的接触面积，加快传热速度。本发明中土壤源换热装置加新风管的地源换热结构，具有较高的地源换热效率，能够更迅速地利用地源冷量（热量）降低（升高）送风温度，更充分地利用地源冷量（热量）。

所述新风管并排设有三排，各上游新风管8的顶端均设有进风口17，进风口17伸出窑顶。各上游新风管8的底端均与上集气箱2相连接；各下游新风管9的上端均与下集气箱3相连接，各下游新风管9的底部通过横向连接管10相互连通，横向连接管10向下连接有U形冷凝水管11， U形冷凝水管11的另一端开口在窑洞室外；横向连接管10向上连接有送风装置12。

U形冷凝水管的位置较低，该处空气没有地表处的空气新鲜，且如果从该处抽入空气，则气流不会经过土壤源换热装置和较长的新风管，这样就起不到地源换热的作用，不能改善窑洞室内的温度条件。U形冷凝水管的设置，既能够排出冷凝水，又利用U形冷凝水管所形成的水封，防止U形冷凝水管处的空气被抽入窑洞室内。

送风装置12包括底端与横向连接管10相连通的立管13，立管13顶部伸入窑洞室14内并连接有弯头15，弯头15连接有水平设置的出风口16，出风口16和所述进风口17处均设置有防尘滤网；滤网为常规装置，图未示。

窑洞室14的顶壁设有若干拔气装置，拔气装置包括拔气管18，拔气管18的下端位于窑洞室14内且其上端向上伸出窑洞室14的顶壁即突出窑顶；拔气管18顶部开口处罩设有风帽19，风帽19通过连接杆20连接在拔气管18上；所述拔气管18的底部设有风量调节装置21；所述出风口16和所述拔气装置位于窑洞室14内的相对两侧。从而保证从出风口16吹入室内的新风，不会立即被拔气装置拔出，而是会在室内流动，拔气装置只能直接将窑洞室14内出风口16相对侧的空气拔出。

所述U形冷凝水管11正上方的横向连接管10的顶部设置有挡水凸起22，挡水凸起22呈上大下小的锥形，且挡水凸起22的尖端向下正对所述U形冷凝水管11的开口。

立管13中部设有管道风机23。从而在窑洞室14内在短时间内需要大量通风的时候，能够开启管道风机23来满足需要。在室外有风、拔气作用不明显的时候，也可以开启管道风机23来进行强制通风。所述风量调节装置21包括上孔板24和下孔板25，上孔板24的外圆设有外螺纹，上孔板24的上半部分伸入拔气管18底端并与拔气管18螺纹连接；上孔板24的下表面与下孔板25的上表面相贴合；

下孔板25的外圆向上凸起设有环形的转动连接部26，转动连接部26的内径与上孔板24的外径相同，转动连接部26上设有环形的滑槽，上孔板24固定连接有滑环27，滑环27卡入所述环形的滑槽；

上孔板24和下孔板25于对应位置处开设有若干拔气孔28，在圆周方向上相邻的两个拔气孔28的间距大于拔气孔28的直径。从而保证在旋转下孔板25时，能够使上、下孔板24、25的拔气孔28完全错开，从而完全关闭拔气管18。调节下孔板25的旋转角度，可以调节上、下孔板24、25上的拔气孔28错开的程度。当上、下孔板24、25上的拔气孔28正好正对时，拔气管18的开启度达到最大程度，此时具有最强的拔气效果；当上、下孔板24、25上的拔气孔28逐渐错开时，拔气管18的开启度逐渐缩小，拔气效果逐渐降低；当上、下孔板24、25上的拔气孔28完全错开时，拔气管18被完全关闭，此时拔气管18不具有拔气效果。

滑环27和滑槽的设置，使得下孔板25在相对上孔板24旋转的同时，上、下孔板24、25之间不会出现间隙。

其中，所述新风管采用管径为110厘米的PVC管路，所述U形冷凝水管11采用管径为50厘米的U形PVC管路，所述新风管与土壤源换热装置1的总长度大于等于15米。所述三排新风管中，相邻两排新风管之间的间距大于等于1米。为防止管道敞口处杂物累积及蚁虫穴，凡是敞口处以过滤网（优选采用纱网）封护，并定期清理维护。

本发明还提供了一种使用上述土壤源基生土窑洞被动式通风除湿系统的施工方法，该方法按以下步骤进行：

第一步骤是沿窑洞的窑顶覆土层和窑腿开挖基坑，第二步骤是在基坑内铺设三根并排间隔设置的上游新风管8、三根并排间隔设置的下游新风管9和土壤源换热装置1，并将上集气箱2与各上游新风管8相连接，将下集气箱3与各下游新风管9相连接；

第二步骤是使用横向连接管10连接各下游新风管9的底部，并在横管上连接送风装置12和U形冷凝水管11，在U形冷凝水管11正上方的横向连接管10的顶部设置挡水凸起22，使挡水凸起22的尖端向下正对U形冷凝水管11的开口处；

还包括有与上述第一步骤和第二步骤不分先后顺序的第三步骤；

第三步骤是先在窑洞室14内顶壁上穿设垂直设置的三根拔气管18，

然后在各拔气管18的底部螺纹连接风量调节装置21，具体是将上孔板24螺纹连接在拔气管18底部；同时在各拔气管18的顶部通过连接杆20安装用于遮挡拔气管18顶部开口的风帽19。

使用时，使用者在窑洞室14内转动风量调节装置21的下孔板25，使下孔板25上的拔气孔28与上孔板24上的拔气孔28相连通，从而使拔气管18产生拔风透气的效果。拔气管18在室内产生的负压通过出风口16作用于送风装置12和新风管，使得室外的新风从进风口17被吸入新风管，新风在通过新风管和土壤源换热装置1时，与土壤进行充分换热，在夏天新风被土壤冷却，在冬天新风被土壤加温；换热后的新风经过横向连接管10进入送风装置12，最终通过出风口16送入室内，改善室内的温度条件和室内空气的新鲜程度。

在夏季，室外空气被吸入新风管和土壤源换热装置1并被土壤冷却后，会产生冷凝水。如果不进行处理，这些冷凝水将会增加窑洞室14内的空气湿度，空气湿度增大后，水份（汗液）的蒸发速度变慢，易导致窑室内部潮湿，窑室内壁结露，使人们产生闷热的感觉。采用本发明的结构，冷凝水沿新风管流动时，遇到挡水凸起22后会聚焦在挡水凸起22处，并在汇聚较多后沿挡水凸起22的下部尖端滴落下来，正好落入U形冷凝水管11。冷凝水通过U形冷凝水管11后被排放至窑洞之外，从而改善冷凝水对窑洞室14内空气的影响，提高窑洞内空气的品质。

需要停止拔气时，旋转下孔板25，使上、下孔板24、25上的拔气孔28完全错开。需要开启拔气效果时，旋转下孔板25，使上、下孔板24、25上的拔气孔28相连通；通过旋转下孔板25调节上、下孔板24、25上的拔气孔28的对正程度，完全对正时拔气效果达到最大；当需要短时间大量换气时，开启管道风机23进行强制通风，迅速改善窑洞室14内空气条件。

由于本发明中设置了多套拔气装置，每套拔气装置的拔气效果均可以精确调节，因此本发明对拔气效果可以进行非常精确的微调，将室内被动式通风换气速度调节到人感觉最舒适的适度。在夜晚睡眠或家中有病人时，也可以将拔气效果降低到最为合适的程度。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。