一种建筑节能通风结构及其运行方法与流程

本发明涉及节能建筑领域，具体为一种建筑节能通风结构及其运行方法。

背景技术：

自石油危机出现之后，建筑节能这一主题逐渐活跃在世界舞台，在建筑中合理的利用太阳能是目前建筑节能的发展方向之一。申请号201310168238.0的文献公开了一种太阳能建筑供暖通风系统，该通风系统利用太阳能实现房屋的冬季采暖和夏季通风，但该通风系统并未考虑春夏过渡季节和秋冬过渡季节的通风情况。虽使用方便、结构简单，但节能效果有待提升。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种建筑节能通风结构及其运行方法。

本发明解决所述结构技术问题的技术方案是，提供一种建筑节能通风结构，其特征在于该通风结构包括可调挡板、玻璃幕墙、玻璃幕墙风阀、墙体风阀、蓄热层和保温层；

每层建筑南墙上均设置有两个风阀，为南墙地面风阀和南墙屋顶风阀；建筑南墙的内侧设置有保温层；建筑南墙的外侧设置有蓄热层；每层建筑北墙上设置有一个北墙风阀，位于建筑南墙同层的两个风阀之间；所述玻璃幕墙固定于地面上，位于建筑南墙的南侧，与建筑物的高度匹配；玻璃幕墙的上端通过转轴安装有可绕转轴转动的可调挡板；所述玻璃幕墙上设置有玻璃幕墙风阀，位于建筑南墙一层的两个风阀之间；建筑物设置有倾斜式屋顶；玻璃幕墙、建筑南墙、可调挡板和倾斜式屋顶形成附加阳光间。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种建筑节能通风结构的运行方法，其特征在于该方法具体如下：

春夏过渡季节的运行方法：打开每层的南墙地面风阀和每层的北墙风阀，其余风阀关闭；打开可调挡板，开启附加阳光间的空气通道出口；附加阳光间内的空气经太阳光加热，温度升高，空气密度降低，形成上升气流，产生抽力，由于春夏过渡季节建筑北面的温度低于建筑物内部更低于建筑南面，使得由每层的北墙风阀进入室内的冷空气不断地通过每层的南墙地面风阀进入附加阳光间，从而使室内空气流动，达到自然通风的效果，冷空气的引入可适当降低室内温度；

夏季的运行方法：

当室外温度比室内温度低时，打开玻璃幕墙风阀、每层的南墙地面风阀和每层的北墙风阀，其余风阀关闭；打开可调挡板，开启附加阳光间的空气通道出口；此时室外空气密度大于室内空气密度，气流从玻璃幕墙风阀经每层的南墙地面风阀进入室内，再经每层的北墙风阀流向室外，形成热压作用下的自然通风，对室内空气起到预冷作用；

在夏季白天空调运行时，打开玻璃幕墙风阀，关闭其余风阀；打开可调挡板，开启附加阳光间的空气通道出口；利用空气流动热压原理，使从玻璃幕墙风阀吸入的空气进入到附加阳光间中，附加阳光间内气体受热，形成上升气流，经附加阳光间的空气通道排到室外，从而有效降低建筑南墙的温度，使其产生隔热的作用；

秋冬过渡季节的运行方法：

一般情况下，放下可调挡板，使其与倾斜式屋顶接触，关闭附加阳光间的空气通道出口；打开每层的南墙地面风阀和每层的南墙屋顶风阀，其余风阀关闭；当太阳光照射到附加阳光间后，其热能被蓄热层吸收，同时加热附加阳光间中的空气，由每层的南墙屋顶风阀流入室内，室内温度较低的空气由每层的南墙地面风阀流入附加阳光间吸收太阳能，完成室内空气加热过程；

当需要新鲜空气或室外气温适宜时，打开玻璃幕墙风阀、每层的南墙地面风阀和每层的南墙屋顶风阀，其余风阀关闭；放下可调挡板，关闭附加阳光间的空气通道出口；室外空气从玻璃幕墙风阀流入附加阳光间中进行加热，经每层的南墙屋顶风阀流入室内，室内温度较低的空气由每层的南墙地面风阀流入附加阳光间吸收太阳能，完成室内空气加热过程，实现全新风采暖；

冬季的运行方法：放下可调挡板，关闭附加阳光间的空气通道出口；所有风阀关闭，附加阳光间内形成温室；在白天，阳光照射促使附加阳光间内的空气和蓄热层进行蓄热，使得附加阳光间内温度升高，室内和附加阳光间的温差有所降低，室内热量向外运动受阻，减少热传导；在夜间，室外温度降低，由附加阳光间内的空气和蓄热层对建筑物墙体进行热量补充，达到保温效果。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本通风结构利用玻璃幕墙、建筑南墙、可调挡板和倾斜式屋顶形成附加阳光间，利用太阳能再结合蓄热层和保温层以及合理的风阀设置和布局来强化室内空气流通和小幅调节室内温度，实现冬暖夏凉，以减少空调和供热资源的使用，四季均能减少建筑能耗，节能效果显著。在适宜的气候条件下，自然通风每年可节约10％的制冷能耗和15％的风扇能耗。

(2)本通风结构所产生的室内风速小，不会使人感到不舒适。引入自然新风能缓解“空调病”，提高室内的空气品质，改善室内热舒适环境，提高人体舒适度。

(3)运行本通风结构能够在春夏过渡季节引入冷空气，实现自然通风，并降低室内温度，以延迟供冷，减少空调的使用；在夏季清晨和傍晚引入冷空气，对空气预冷，以降低空调的制冷负荷；在秋冬过渡季节，采用循环加热室内空气的方式提高室内温度，以减少供热资源的使用，对于农村等单独供暖的地区，可延迟供暖时间；在冬季，附加阳光间、蓄热层和保温层起到保温和隔绝冷空气的作用，以提高人体的舒适度。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例的雨槽结构示意图；

图3为本发明一种实施例的春夏过渡季节结构运行情况示意图；

图4为本发明一种实施例的夏季风阀结构运行示意图；

图5为本发明一种实施例的秋冬过渡季节结构运行情况示意图；

图6为本发明一种实施例的秋冬过渡季节通入新风时结构运行情况示意图；

图7为本发明一种实施例的冬季结构运行情况示意图。

图中：1、可调挡板；2、雨槽；3、转轴；4、玻璃幕墙；5、附加阳光间；6、玻璃幕墙风阀；7、倾斜式屋顶；8、建筑北墙；9、二层南墙屋顶风阀；10、蓄热层；11、建筑南墙；12、保温层；13、二层南墙地面风阀；14、一层南墙屋顶风阀；15、一层南墙地面风阀；16、二层北墙风阀；17、一层北墙风阀。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种建筑节能通风结构(简称通风结构，参见图1-2)，其特征在于该通风结构包括可调挡板1、玻璃幕墙4、玻璃幕墙风阀6、墙体风阀、蓄热层10和保温层12；

建筑物的每层的建筑南墙11上均设置有两个风阀，为南墙地面风阀和南墙屋顶风阀；南墙地面风阀距每层建筑南墙的地面的竖直高度为20-50cm，南墙屋顶风阀距每层建筑南墙的屋顶的竖直高度为20-50cm；建筑南墙11的内侧设置有保温层12，位于室内；建筑南墙11的外侧设置有蓄热层10，位于室外；建筑物的每层的建筑北墙8上设置有一个北墙风阀，位于建筑南墙11同层的两个风阀之间(优选位于建筑南墙11同层的两个风阀的正中间)；所述玻璃幕墙4固定于地面上，位于建筑南墙11的南侧，与建筑物的高度匹配；玻璃幕墙4的上端通过转轴3安装有可绕转轴3转动的可调挡板1；所述玻璃幕墙4上设置有玻璃幕墙风阀6，用于控制风的进入，位于建筑南墙11一层的两个风阀之间(优选位于建筑南墙11一层的两个风阀的正中间或距建筑物一层的地面的竖直高度为1-1.6m)；建筑物屋顶设置为倾斜式屋顶7，优选倾角(即与水平面的夹角)为40-60°；玻璃幕墙4、建筑南墙11、可调挡板1和倾斜式屋顶7形成附加阳光间5。

优选地，所述通风结构还包括雨槽2；所述雨槽2设置于倾斜式屋顶7的底部，沿东西向倾斜放置，为半圆柱形结构，尾部与建筑物的排水管道连通，用于引导水流方向，减少雨水对墙体的腐蚀，防止玻璃幕墙4内积水过多。

所述建筑南墙11设有采光窗户，以保证室内采光。

保温层12和蓄热层10的厚度范围均为5-10mm。保温层12采用聚氨酯泡沫。蓄热层10为相变蓄热材料，具体为有机醇等。

所述建筑物的层高一般为2.8-3.6m。

本发明同时提供了一种建筑节能通风结构的运行方法(简称方法)，其特征在于该方法具体如下：

春夏过渡季节的运行方法(参见图3)：打开每层的南墙地面风阀和每层的北墙风阀，其余风阀关闭；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；附加阳光间5内的空气经太阳光加热，温度升高，空气密度降低，形成上升气流，产生抽力，由于春夏过渡季节建筑北面的温度低于建筑物内部更低于建筑南面，使得由每层的北墙风阀进入室内的冷空气不断地通过每层的南墙地面风阀进入附加阳光间5，从而使室内空气流动，达到自然通风的效果，冷空气的引入可小幅降低室内温度，推迟供冷时间，缩短供冷期；

夏季的运行方法：

在清晨和傍晚，当室外温度比室内温度低时(参见图4)，打开玻璃幕墙风阀6、每层的南墙地面风阀和每层的北墙风阀，其余风阀关闭；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；此时t外<t内，室外空气密度大于室内空气密度，气流从玻璃幕墙风阀6经每层的南墙地面风阀进入室内，再经每层的北墙风阀流向室外，形成热压作用下的自然通风，对室内空气起到预冷作用，以减少空调的制冷负荷；

在夏季白天空调运行时，打开玻璃幕墙风阀6，关闭其余风阀；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；利用空气流动热压原理，使从玻璃幕墙风阀6吸入的空气进入到附加阳光间5中，附加阳光间5内气体受热，形成上升气流，经附加阳光间5的空气通道排到室外，从而有效降低建筑南墙11的温度，使其产生隔热的作用；

秋冬过渡季节的运行方法(参见图5)：

一般情况下，放下可调挡板1，使其与倾斜式屋顶7接触，关闭附加阳光间5的空气通道出口，使附加阳光间5形成一个不与外界连通的空间；打开每层的南墙地面风阀和每层的南墙屋顶风阀，其余风阀关闭；当太阳光照射到附加阳光间5后，其热能被蓄热层10吸收，同时加热附加阳光间5中的空气，由每层的南墙屋顶风阀流入室内，室内温度较低的空气由每层的南墙地面风阀流入附加阳光间5吸收太阳能，完成室内空气加热过程；

当需要新鲜空气或室外气温适宜时(参见图6)，打开玻璃幕墙风阀6、每层的南墙地面风阀和每层的南墙屋顶风阀，其余风阀关闭；放下可调挡板1，关闭附加阳光间5的空气通道出口；室外空气从玻璃幕墙风阀6流入附加阳光间5中进行加热，经每层的南墙屋顶风阀流入室内，室内温度较低的空气由每层的南墙地面风阀流入附加阳光间5吸收太阳能，完成室内空气加热过程，实现全新风采暖；

冬季的运行方法(参见图7)：室外温度较低，放下可调挡板1，关闭附加阳光间5的空气通道出口；所有风阀全部关闭，附加阳光间5内形成温室；在白天，阳光照射促使附加阳光间5内的空气和蓄热层10进行蓄热，使得附加阳光间5内温度升高，室内和附加阳光间5的温差有所降低，室内热量向外运动受阻，减少热传导；在夜间，室外温度降低，由附加阳光间5内的空气和蓄热层10对建筑物墙体进行热量补充，达到保温效果。

实施例1

本实施例的建筑物为二层结构，每层高3m；建筑物的一层的建筑南墙11距一层地面竖直高度30cm位置处设置有一层南墙地面风阀15，距一层屋顶竖直高度30cm位置处设置有一层南墙屋顶风阀14；二层的建筑南墙11距二层地面竖直高度30cm位置处设置有二层南墙地面风阀13，距二层屋顶竖直高度30cm位置处设置有二层南墙屋顶风阀9；建筑物的一层的建筑北墙8设置有一层北墙风阀17，位于一层南墙地面风阀15和一层南墙屋顶风阀14之间，与一层南墙地面风阀15的竖直距离为1.5m；建筑物的二层的建筑北墙8设置有二层北墙风阀16，位于二层南墙地面风阀13和二层南墙屋顶风阀9之间，与二层南墙地面风阀13的竖直距离为1.5m；建筑南墙11的内侧和外侧分别设置有保温层12和蓄热层10，厚度均为5mm，保温层12采用聚氨酯泡沫，蓄热层10采用有机醇。所述玻璃幕墙4固定于地面上，位于建筑南墙11的南侧，与建筑物的高度匹配；玻璃幕墙4的上端通过转轴3与可调挡板1连接；所述玻璃幕墙4上设置有玻璃幕墙风阀6，位于一层南墙地面风阀15和一层南墙屋顶风阀14之间，距离一层地面高度为1m；所述建筑物屋顶为坡度45°的倾斜式屋顶7，倾斜式屋顶7的南面可放置太阳能电池板，底部设置有雨槽2；玻璃幕墙4、建筑南墙11、可调挡板1和倾斜式屋顶7形成附加阳光间5；可调挡板1开启时与倾斜式屋顶7平行。

春夏过渡季节的运行方法(参见图3)：打开一层南墙地面风阀15、二层南墙地面风阀13、二层北墙风阀16和一层北墙风阀17，其余风阀关闭；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；附加阳光间5内的空气经太阳能加热，温度升高，空气密度降低，形成上升气流，产生抽力，由于春夏过渡季节建筑北面的温度低于建筑物内部更低于建筑南面，使得由二层北墙风阀16和一层北墙风阀17进入室内的冷空气不断地通过一层南墙地面风阀15和二层南墙地面风阀13进入附加阳光间5，从而使室内空气流动，达到自然通风的效果，冷空气的引入可小幅降低室内温度，推迟供冷时间，缩短供冷期；

夏季的运行方法：

在清晨和傍晚，当室外温度比室内温度低时(参见图4)，玻璃幕墙风阀6、一层南墙地面风阀15、二层南墙地面风阀13、二层北墙风阀16和一层北墙风阀17打开，其余风阀关闭；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；此时t外<t内，室外空气密度>室内空气密度即ρ外>ρ内，气流从玻璃幕墙风阀6经一层南墙地面风阀15和二层南墙地面风阀13进入室内，再经一层北墙风阀17和二层北墙风阀16流向室外，形成热压作用下的自然通风，对室内空气起到预冷作用，以减少空调的制冷负荷；

在夏季白天空调运行时，打开玻璃幕墙风阀6，关闭其余风阀；打开可调挡板1，开启附加阳光间5的空气通道出口；利用空气流动热压原理，使吸入的空气进入到附加阳光间5中，附加阳光间5内气体受热，形成上升气流，经附加阳光间5的空气通道排到室外，从而有效降低建筑南墙11的温度，使其产生隔热的作用；

秋冬过渡季节的运行方法(参见图5)：

一般情况下，放下可调挡板1，使其与倾斜式屋顶7接触，关闭附加阳光间5的空气通道出口，使附加阳光间5形成一个不与外界连通的空间；一层南墙地面风阀15、一层南墙屋顶风阀14、二层南墙地面风阀13和二层南墙屋顶风阀9打开，其余风阀关闭；当太阳光照射到附加阳光间5后，其热能被蓄热层10吸收，同时加热附加阳光间5中的空气，由一层南墙屋顶风阀14和二层南墙屋顶风阀9流入室内，室内温度较低的空气由一层南墙地面风阀15和二层南墙地面风阀13流入附加阳光间5吸收太阳能，完成室内空气加热过程；

当需要新鲜空气或室外气温适宜时(参见图6)，打开玻璃幕墙风阀6、一层南墙地面风阀15、一层南墙屋顶风阀14、二层南墙地面风阀13和二层南墙屋顶风阀9，其余风阀关闭；放下可调挡板1，关闭附加阳光间5的空气通道出口；室外空气从玻璃幕墙风阀6流入附加阳光间5中进行加热，经一层南墙屋顶风阀14和二层南墙屋顶风阀9流入室内，室内温度较低的空气由一层南墙地面风阀15和二层南墙地面风阀13流入附加阳光间5吸收太阳能，完成室内空气加热过程，实现全新风采暖；

冬季的运行方法(参见图7)：室外温度较低，放下可调挡板1，关闭附加阳光间5的空气通道出口；所有风阀全部关闭，附加阳光间5内形成温室；在白天，阳光照射促使附加阳光间5内的空气和蓄热层10进行蓄热，使得附加阳光间5内温度升高，室内和附加阳光间5的温差有所降低，室内热量向外运动受阻，减少热传导；在夜间，室外温度降低，由附加阳光间5内的空气和蓄热层10对建筑物墙体进行热量补充，达到保温效果。

在大风天气，为了保证玻璃幕墙结构的稳定性和建筑的安全性，通过将可调挡板1放下，防止大风从倾斜式屋顶7的出口涌入导致玻璃幕墙4损坏。

经检验，对于二层建筑，春夏过渡季节采用本通风结构的房屋室内空气温度低于室外空气温度1℃-2℃，上层空气低于下层空气温度0.5℃-1℃。

以一层的房间为例，计算得到夏季清晨4-6点热压作用下的自然通风所减小的室内冷负荷为1.62kw，计算过程如下：

δpb＝δpa+gh(ρw-ρn)＝0.1764pa，

m＝l×ρ＝0.54kg/s，

q＝cmδt＝1.0×0.54×3＝1.62kw，

其中：δpb为一层南墙地面风阀15的内外压差，pa；δpa为一层北墙风阀17的内外压差，pa；h为一层南墙地面风阀15和一层北墙风阀17的中心线之间的高度差，取h＝1.5m；ρw为室外空气密度，kg/m³；ρn为室内空气密度，kg/m³；f为风阀面积，取f＝1m²；μ为风阀流量系数，取μ＝0.8；ρ为空气密度，kg/m³；m为空气的质量流量，kg/s；q为室内冷负荷减少量，kw；c为空气比热，kj/(kg·℃)；δt为室内外温差，℃。

本发明未述及之处适用于现有技术。