CN106225130A - 传统民居地源式温度自调节通风系统及通风降温的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传统民居地源式温度自调节通风系统，包括地下换热机构、进风装置和设置于民居建筑房间内的室内通风装置，进风装置设置于民居庭院内或庭院外的室外环境中；地下换热机构设置于室外地表下方土壤中，地下换热机构包括立式换热装置和地下连接管路。本发明还公开了对传统民居进行通风降温的方法。本发明的传统民居地源式温度自调节通风系统和对传统民居进行通风降温的方法与现有的空调相比，大大降低了能耗，并具有为室内送入新风的效果，安装后不影响民居已有的外观风貌，与现有的地源换热结构相比，地源换热的效率更高，能够更迅速地利用地源冷量降低送风温度，更充分地利用地源冷量。

Description

传统民居地源式温度自调节通风系统及通风降温的方法

技术领域

本发明涉及一种应用于传统民居的地源式温度自调节通风技术（SB-HRVT），特别是基于低造价、易施工、节能环保且不破坏传统民居的既有外观风貌特征的简便易行的风压通风技术。

背景技术

目前，传统民居由于单面开窗，通风效果一般很差，居住环境和通风条件急需改善。公知的传统民居的通风装置为分体式空调，其构造是由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置连接而成，其制冷系统内充灌着制冷剂（又称制冷工质，如Ｒ22、Ｒ600Ａ）。首先，低压的气态制冷剂被吸入压缩机，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的液体；接着，液态制冷剂通过节流装置降压（同时也降温）后又变成低温低压的气液混合物。气液混合的制冷剂接着进入室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断气化，这样，房间的温度就降低了，制冷剂也又重新变成了低温低压的气体，通过压缩机吸气口再次进入压缩机。如此循环往复，空调就可以连续不断的运转工作了。

现有的分体式空调属于压缩式制冷，需要电力驱动压缩机不断将低温低压的气态制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，在压缩机运行的过程中需要使用大量能源。现有的分体式空调造价较高，且室外机组与室内机组的连接和设置不仅大大破坏了传统民居既有的外观形态的真实和完整性（需要在外墙上打孔，使制冷剂管路能够穿墙而过；需要在外墙上设置固定板并安放压缩机、冷凝器、翅片和风机等部件），并且现有的分体式空调在运行过程中属于封闭环境下的使用，即使用过程中尽量没有新鲜空气进入室内（否则会因室外气温较高而降低制冷效果）。长期在封闭环境中使用空调，容易给使用者造成“空调病”。

地源热泵技术作为一种生态技术由于造价高、施工难度大等原因，很少在传统民居风环境改良中应用。因此，创造一种适合于传统民居通风改良、造价低廉、简便易行、节能环保且不破坏其建筑风貌特征的土壤源基的通风系统非常重要。 这也是许多传统村落和民居保护与改造中亟需解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能环保、既能够改善室内的温度条件，又能够改善室内的通风条件且耗能较低的传统民居地源式温度自调节通风系统，在安装过程中不会破坏传统民居的既有外观风貌特征。

为实现上述目的，本发明的传统民居地源式温度自调节通风系统包括地下换热机构、进风装置和设置于民居建筑房间内的室内通风装置，进风装置设置于民居庭院内或庭院外的室外环境中；地下换热机构设置于室外地表下方土壤中，地下换热机构包括立式换热装置和地下连接管路；

立式换热装置包括水平设置的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水平设置的传热板，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；上集气箱的顶端位于地表以下2-3米处；立式换热装置通过上集气箱和下集气箱串联连接在地下连接管路中；

室内通风装置包括室内立管，室内立管上端安装有出风口，室内立管上设有通风扇，通风扇的排气方向朝向所述出风口；以气流的方向为后向，室内立管下部埋设于土壤内并与地下换热机构后方的地下连接管路相连通；通风扇的电源插头插设于室内电源插座上；民居的每一个房间均设有一个所述的室内通风装置；

地下连接管路的前端连接所述进风装置，进风装置包括进风立管，进风立管的下部伸入土壤并与地下连接管路的前端相连接；进风立管的上端连接有水平连接管，水平连接管螺纹连接有水平进风口或者进风弯头；水平进风口水平设置并呈外大内小的喇叭形，且其进风端设有滤网；进风弯头的进风端朝下设置并连接有滤网。

立式换热装置在土壤内间隔设有两组以上，各组立式换热装置通过地下连接管路串联连接。

所述两组地下换热机构之间设置有由地下连接管路组成的管网结构，管网结构包括并排间隔设置的三根纵管，三根纵管的后端之间通过横管相连通，三根纵管的前端之间通过横管相连通；三根纵管前端的横管通过前连通管连接管网结构前方的地下换热机构的上集气箱，三根纵管后端的横管通过后连通管连接管网结构后方的地下换热机构的下集气箱。

所述地下连接管路、所述进风立管、室内立管、上集气箱、下集气箱以及导气管均由管径110毫米的ＰＶＣ材料制成，所述传热板为金属板。

所述水平进风口下部连接有拉绳，拉绳下端设有拉钩；以进风立管为圆心，水平进风口下方的地面上均匀设有一圈拉环，各拉环的下端均连接有紧固钉，紧固钉插设在土壤内；所述拉钩钩在其下方的一个拉环上。

所述室内立管的出风口处设有滤网；所述立式换热装置竖向方向的中部位于地面下方3米以下；所述室内立管上端的出风口高于地面25厘米；所述通风扇采用直径4寸的12瓦ＰＶＣ管道排气扇，所述出风口的出风方向为水平方向，出风口外设有防护罩；进风立管的顶部高于地面30厘米；所述室内立管与墙壁的内表面相邻。

本发明的目的还在于提供一种使用上述传统民居地源式温度自调节通风系统对传统民居进行通风降温的方法。

为实现上述发明目的，本发明的对传统民居进行通风降温的方法是：

在下雨天气，在进风立管上端的水平连接管上螺纹连接进风弯头，通过进风弯头朝下的进风端进风，从而避免雨水侵入通风系统；

在无雨天气，在进风立管上端的水平连接管上螺纹连接水平进风口，使水平进风口的方向对准自然风吹来的方向，然后将拉钩钩在地面上相应的拉环上，防止水平进风口转动；

自然风从水平进风口进入进风装置，再通过换热装置和地下连接管路到达室内通风装置，自然风在通过立式换热装置和地下连接管路时与土壤进行热交换，吸收地源冷量后形成冷风；冷风通过地下连接管路到达室内通风装置，并通过室内通风装置的出风口送入室内；

当自然风力较强时，在自然风风压的作用下，室外空气在无须动力的情况下吹入室内；当室内通风装置的出风口处无风或者风力微弱时，打开室内通风装置的通风扇进行强制抽风，将室外空气通过进风装置、地下换热机构和室内通风装置送入室内。

本发明具有如下的优点：

本发明的传统民居地源式温度自调节通风系统结构简单，便于施工，无须在墙体上打孔穿管并安装空调室外机，安装好后不改变传统民居的建筑风貌。本发明无须使用制冷剂，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）。本发明便于安装施工，适于在广大农村地区推广应用。

本发明适于夏季使用，利用地下土层温度相对恒定的特点，能够源源不断地将室外新鲜空气送入室内，并实现温度调节作用。因此本发明可以避免使用者长期处于封闭环境中产生“空调病”，并大大降低了能源的损耗。

当室外自然风力较强时，即便不开启排风扇，也能够源源不断地向室内送入新鲜的冷空气，此时可以做到无能耗运行，能够节约大量能源，极大地降低使用成本。

当室外自然风力较弱时，打开人员所在房间中室内通风装置的通风扇，即可将吸收了地源冷量的室外空气抽送入室内，通风扇的功率远低于压缩机的的功率，因此即便在打开通风扇的情况下，本传统民居地源式温度自调节通风系统的能耗依然大大低于使用传统空调带来的能耗。

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。

水平进风口水平设置并呈外大内小的喇叭形，能够增大进风面积，加大本传统民居地源式温度自调节通风系统利用自然风的能力，从而减少开启通风扇的时间，减少能耗；拉钩和拉环的设置，能够将水平进风口固定在朝向自然风吹来的方向，最大限度地利用自然风力。

传热板对于各导气管来说起到了散热翅片的作用，使导气管内的空气中的热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。传热孔的设置，进一步扩大了传热板与土壤的接触面积，增强了传热速度。管网结构进一步增大了空气在地下与土壤的换热面积，提高了空气与土壤之间的换热效率。滤网优选采用纱网，成本低且易于安装或者更换。

总之，本发明的传统民居地源式温度自调节通风系统和对传统民居进行通风降温的方法与现有的空调相比，大大降低了能耗，并具有为室内送入新风的效果，安装后不影响民居已有的外观风貌，与现有的地源换热结构相比，地源换热的效率更高，能够更迅速地利用地源冷量降低送风温度，更充分地利用地源冷量。

附图说明

图1是本发明运用于民居的俯视结构示意图；

图2是地下换热机构的结构示意图；

图3是立式换热装置于传热板处的水平截面图；

图4是室内通风装置的结构示意图；

图5是采用水平进风口时进风装置的结构示意图；

图6是采用进风弯头时进风装置的结构示意图；

图7是拉钩与拉环相配合的侧视示意图；

图8滤网的结构示意图。

具体实施方式

图1中箭头所示方向为该处气体的流动方向。本发明中以气流的方向为后向。本发明适于夏季使用，在夏季利用地源冷量降低送风温度。

如图1至图8所示，本发明的传统民居地源式温度自调节通风系统包括地下换热机构、进风装置1和设置于民居建筑房间内的室内通风装置2，进风装置1设置于民居庭院内或庭院外的室外环境中；地下换热机构设置于室外地表下方土壤中，地下换热机构既可以设置于庭院内也可以设置于庭院外。

地下换热机构包括立式换热装置3和地下连接管路4；

立式换热装置3包括水平设置的上集气箱5和下集气箱6，上集气箱5的下表面中心与下集气箱6的上表面中心通过连接柱7相连接；上集气箱5与下集气箱6之间通过若干导气管8相连通，各导气管8以连接柱7为中心均匀分布；所述上集气箱5与下集气箱6之间间隔设有多个水平设置的传热板9，传热板9上均匀分布有多个形状不规则的传热孔10；所述连接柱7和各导气管8均穿过传热板9并与传热板9固定连接；传热板9对于各导气管8来说起到了散热翅片的作用，使导气管8内的空气中的热量能够更快地散发到土壤中去，表现为导气管8中的空气更为迅速地吸收土壤中的冷量。传热孔10的设置，进一步扩大了传热板9与土壤的接触面积，增强了传热速度。上集气箱5的顶端位于地表以下2-3米处；立式换热装置3通过上集气箱5和下集气箱6串联连接在地下连接管路4中。

室内通风装置2包括室内立管11，室内立管11上端安装有水平出风的出风口12，室内立管11上设有通风扇13，通风扇13的排气方向朝向所述出风口12；以气流的方向为后向，室内立管11下部埋设于土壤内并与地下换热机构后方的地下连接管路4相连通；通风扇13的电源插头插设于室内电源插座上；民居的每一个房间均设有一个所述的室内通风装置2；

地下连接管路4的前端连接所述进风装置1，进风装置1包括进风立管14，进风立管14的下部伸入土壤并与地下连接管路4的前端相连接；进风立管14的上端连接有水平连接管15，水平连接管15螺纹连接有水平进风口16或者进风弯头17；水平进风口16水平设置并呈外大内小的喇叭形，且其进风端设有滤网18，优选采用纱网作为滤网，成本低且易于安装或者更换；进风弯头17的进风端朝下设置并连接有滤网18。

立式换热装置3在土壤内间隔设有两组以上，各组立式换热装置3通过地下连接管路4串联连接。

所述两组地下换热机构之间设置有由地下连接管路4组成的管网结构，管网结构包括并排间隔设置的三根纵管19，三根纵管19的后端之间通过横管20相连通，三根纵管19的前端之间通过横管20相连通；三根纵管19前端的横管20通过前连通管21连接管网结构前方的地下换热机构的上集气箱5，三根纵管19后端的横管20通过后连通管22连接管网结构后方的地下换热机构的下集气箱6。

管网结构进一步增大了空气在地下与土壤的换热面积，提高了空气与土壤之间的换热效率。

所述地下连接管路4、所述进风立管14、室内立管11、上集气箱5、下集气箱6以及导气管8均由管径110毫米的ＰＶＣ材料制成，所述传热板9为金属板。

所述水平进风口16下部连接有拉绳23，拉绳23下端设有拉钩24；以进风立管14为圆心，水平进风口16下方的地面上均匀设有一圈拉环25，各拉环25的下端均连接有紧固钉26，紧固钉26插设在土壤内；所述拉钩24钩在其下方的一个拉环25上。

所述室内立管11的出风口12处设有滤网18；所述立式换热装置3竖向方向的中部位于地面下方3米以下（包含3米）；所述室内立管11上端的出风口12高于地面25厘米；所述通风扇13采用直径4寸的12瓦ＰＶＣ管道排气扇，所述出风口12的出风方向为水平方向，出风口12外设有防护罩；防护罩为常规结构，图未示。进风立管14的顶部高于地面30厘米；所述室内立管11与墙壁的内表面相邻。

本发明还公开了使用上述传统民居地源式温度自调节通风系统对传统民居进行通风降温的方法，该方法是：

在下雨天气，在进风立管14上端的水平连接管15上螺纹连接进风弯头17，通过进风弯头17朝下的进风端进风，从而避免雨水侵入通风系统；

在无雨天气，在进风立管14上端的水平连接管15上螺纹连接水平进风口16，使水平进风口16的方向对准自然风吹来的方向，然后将拉钩24钩在地面上相应的拉环25上，防止水平进风口16转动；

自然风从水平进风口16进入进风装置1，再通过换热装置和地下连接管路4到达室内通风装置2，自然风在通过立式换热装置和地下连接管路4时与土壤进行热交换，吸收地源冷量后形成冷风；冷风通过地下连接管路4到达室内通风装置2，并通过室内通风装置2的出风口12送入室内；既降低室内温度，又为室内送入新鲜空气，改善室内的通风条件。

当自然风力较强时，在自然风风压的作用下，室外空气在无须动力的情况下吹入室内，实现零能耗送风降温；当室内通风装置2的出风口12处无风或者风力微弱时，打开室内通风装置2的通风扇13进行强制抽风，将室外空气通过进风装置1、地下换热机构和室内通风装置2送入室内。

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。

Claims (7)

1.传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：

包括地下换热机构、进风装置和设置于民居建筑房间内的室内通风装置，进风装置设置于民居庭院内或庭院外的室外环境中；地下换热机构设置于室外地表下方土壤中，地下换热机构包括立式换热装置和地下连接管路；

立式换热装置包括水平设置的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水平设置的传热板，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；上集气箱的顶端位于地表以下2-3米处；立式换热装置通过上集气箱和下集气箱串联连接在地下连接管路中；

室内通风装置包括室内立管，室内立管上端安装有出风口，室内立管上设有通风扇，通风扇的排气方向朝向所述出风口；以气流的方向为后向，室内立管下部埋设于土壤内并与地下换热机构后方的地下连接管路相连通；通风扇的电源插头插设于室内电源插座上；民居的每一个房间均设有一个所述的室内通风装置；

地下连接管路的前端连接所述进风装置，进风装置包括进风立管，进风立管的下部伸入土壤并与地下连接管路的前端相连接；进风立管的上端连接有水平连接管，水平连接管螺纹连接有水平进风口或者进风弯头；水平进风口水平设置并呈外大内小的喇叭形，且其进风端设有滤网；进风弯头的进风端朝下设置并连接有滤网。

2.根据权利要求1所述的传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：立式换热装置在土壤内间隔设有两组以上，各组立式换热装置通过地下连接管路串联连接。

3.根据权利要求2所述的传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：所述两组地下换热机构之间设置有由地下连接管路组成的管网结构，管网结构包括并排间隔设置的三根纵管，三根纵管的后端之间通过横管相连通，三根纵管的前端之间通过横管相连通；三根纵管前端的横管通过前连通管连接管网结构前方的地下换热机构的上集气箱，三根纵管后端的横管通过后连通管连接管网结构后方的地下换热机构的下集气箱。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：所述地下连接管路、所述进风立管、室内立管、上集气箱、下集气箱以及导气管均由管径110毫米的ＰＶＣ材料制成，所述传热板为金属板。

5.根据权利要求3所述的传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：所述水平进风口下部连接有拉绳，拉绳下端设有拉钩；以进风立管为圆心，水平进风口下方的地面上均匀设有一圈拉环，各拉环的下端均连接有紧固钉，紧固钉插设在土壤内；所述拉钩钩在其下方的一个拉环上。

6.根据权利要求5所述的传统民居地源式温度自调节通风系统，其特征在于：所述室内立管的出风口处设有滤网；所述立式换热装置竖向方向的中部位于地面下方3米以下；所述室内立管上端的出风口高于地面25厘米；所述通风扇采用直径4寸的12瓦ＰＶＣ管道排气扇，所述出风口的出风方向为水平方向，出风口外设有防护罩；进风立管的顶部高于地面30厘米；所述室内立管与墙壁的内表面相邻。

7.使用权利要求5中所述传统民居地源式温度自调节通风系统对传统民居进行通风降温的方法，其特征在于：

在下雨天气，在进风立管上端的水平连接管上螺纹连接进风弯头，通过进风弯头朝下的进风端进风，从而避免雨水侵入通风系统；

在无雨天气，在进风立管上端的水平连接管上螺纹连接水平进风口，使水平进风口的方向对准自然风吹来的方向，然后将拉钩钩在地面上相应的拉环上，防止水平进风口转动；

自然风从水平进风口进入进风装置，再通过换热装置和地下连接管路到达室内通风装置，自然风在通过立式换热装置和地下连接管路时与土壤进行热交换，吸收地源冷量后形成冷风；冷风通过地下连接管路到达室内通风装置，并通过室内通风装置的出风口送入室内；

当自然风力较强时，在自然风风压的作用下，室外空气在无须动力的情况下吹入室内；当室内通风装置的出风口处无风或者风力微弱时，打开室内通风装置的通风扇进行强制抽风，将室外空气通过进风装置、地下换热机构和室内通风装置送入室内。