CN107419920B - 一种用于改善雾霾的节能建筑结构 - Google Patents

一种用于改善雾霾的节能建筑结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于改善雾霾的节能建筑结构，包括混凝土建筑物本体，混凝土建筑物本体由下而上依次设有第一区域、第二区域和第三区域，第一区域、第二区域和第三区域由上而下依次错位设置，第一区域的外表面设有攀爬植物，第二区域的外表面涂设有物理吸附层，第二区域和第三区域的各阳台处均设有电场产生装置，各电场产生装置处均设有喷洒出水雾的水雾喷射系统，第三区域的外表面的局部区域或全部区域涂设有亲水性纳米材料层。本发明的节能建筑结构，采用物理、化学以及生物的方法使建筑物本体能够吸附沉附雾霾中的有机物颗粒及二次无机盐，实现降低空气中的雾霾浓度，从而空气中的雾霾得以消减和控制，显著提高了整体空气质量。

Description

一种用于改善雾霾的节能建筑结构
技术领域
本发明涉及工程建筑领域，特别涉及一种利用物理、化学及生物方法对空气中的雾霾进行消减及控制的建筑结构。
背景技术
雾霾天气是一种大气污染状态，是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。中国不少地区把阴霾天气现象与大雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”；其中霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的，它也能使大气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾(Dust-haze)，香港天文台称烟霞(Haze)。
雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得阴沉灰暗。颗粒物的英文缩写为PM，北京监测的是细颗粒物(PM2.5)，也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。
雾霾的主要危害主要可归纳为两种：一是对人体产生的危害，二是对生态环境与交通产生的危害；其中，对人体产生的危害具体有：(1)对呼吸系统的影响：其中有害健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，易引起急性鼻炎和急性支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌；(2)对心血管系统的影响：阻碍正常的血液循环，导致心血管病、高血压、冠心病、脑溢血，可能诱发心绞痛、心肌梗塞、心力衰竭等，使慢性支气管炎出现肺源性心脏病等；另外，也可使血压升高，导致中风、心肌梗死的发生；(3)雾霾天气还可导致近地层紫外线的减弱，使空气中的传染性病菌的活性增强，传染病增多；(4)不利于儿童成长，由于雾天日照减少，儿童紫外线照射不足，体内维生素D生成不足，对钙的吸收大大减少，严重的会引起婴儿佝偻病、儿童生长减慢；(5)影响心理健康，持续大雾天对人的心理和身体都有影响，从心理上说，大雾天会给人造成沉闷、压抑的感受，会刺激或者加剧心理抑郁的状态，此外，由于雾天光线较弱及导致的低气压，有些人在雾天会产生精神懒散、情绪低落的现象；(6)影响生殖能力，有研究表明，长期暴露于高浓度污染的空气中的人群，其精子在体外受精时的成功率可能会降低。研究人员还发现了有毒空气和男性生育能力下降之间的关联。
对生态环境和交通造成的危害具体有：(1)影响交通安全，雾霾天气时，由于空气质量差，能见度低，容易引起交通阻塞，发生交通事故；(2)雾霾天气对公路、铁路、航空、航运、供电系统、农作物生长等均产生重要影响。雾、霾会造成空气质量下降，影响生态环境，给人体健康带来较大危害。
鉴于雾霾的上述危害，各国均采用了对抗雾霾的措施。如，在英国的街道使用一种钙基黏合剂治理空气污染，这种黏合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃；德国会对某类车辆实施禁行，或者在污染严重区域禁止所有车辆行驶，在日本，采用城市绿化的重要措施，东京规定，新建大楼必须有绿地，必须搞楼顶绿化；及要求汽车加装过滤器，并禁止柴油发动机汽车驶入该市。东京所有出租车的燃料需使用天然气。
有鉴于此，本发明人也研发出了一种针对我国治理雾霾，改善雾霾环境的建筑技术。
发明内容
本发明提供一种利用物理、化学及生物方法并结合建筑结构设计对空气中的雾霾进行消减和控制，弱化甚至消除区域空气中雾霾的浓度的用于改善雾霾的节能建筑结构。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于改善雾霾的节能建筑结构，包括混凝土建筑物本体，该混凝土建筑物本体具有多个楼层，每一楼层上均具有阳台，上述混凝土建筑物本体由下而上依次设有第一区域、第二区域和第三区域，上述第一区域、第二区域和第三区域均由若干个楼层构成，上述第二区域与上述第一区域呈上下错位设置，上述第三区域与上述第二区域和上述第一区域均呈上下错位设置，上述第一区域的外表面设有用于墙面生长的攀爬植物，上述第二区域的外表面局部区域或全部区域涂设有一对有害颗粒进行吸附进行物理的物理吸附层，上述第二区域的各阳台和第三区域的各阳台处均设有处于阳台下方的，产生正电粒子的电场产生装置，各上述电场产生装置处均设有喷洒出水雾的水雾喷射系统，上述第三区域的外表面的局部区域或全部区域涂设有亲水性纳米材料层。
上述物理吸附层为活性炭层或凹凸棒粉末层。
上述物理吸附层包括活性炭层和凹凸棒粉末层，上述活性炭层和上述凹凸棒粉末层独立设置。
上述电场产生装置包括第一金属电极板和第二金属电极板，上述第一金属电极板和上述第二金属电极板固定竖立处于上述阳台的下底面上，且上述第一金属电极板与上述第二金属电极板相对间隔设置。
上述水雾喷射系统包括其喷洒出水雾的喷洒头和给喷洒头提供水源的水管，上述喷洒头设置有二个，二个喷洒头相对设置，并处于第一金属电极板与第二金属电极板之间，上述水管相应设置有二个，二喷洒头与二水管一一对应设置，且与第一金属电极板相邻的喷洒头的喷射方向朝向第一金属电极板，与第二金属电极板相邻的喷洒头的喷射方向朝向第二金属电极板，二个喷洒头一一对应安装在二个水管上，并与水管相连通。
上述第一区域的外表面和第二区域的外表面位于各楼层的阳台处固设有集水凸台，上述集水凸台的上表面下凹有种植凹槽，上述集水凸台处于阳台下方，上述阳台落入于上述种植凹槽范围内，上述种植凹槽内填充有种植土壤，上述种植凹槽内位于一个阳台的两侧外均种植有植物，且第一金属电极板与第二金属电极板处于阳台两侧的植物之间，上述集水凸台的下底面设有收集水分的集水装置，上述集水装置上设有将水输送出外界的水回收系统。
上述混凝土建筑物本体的楼顶设有植物区、太阳能收集区和雨水收集区，上述植物区种植有若干绿色植物，上述太阳能收集区设有收集太阳能，并将太阳能转换成电能存储的太阳能供电系统，上述雨水收集区设有收集雨水的雨水收集池，上述雨水收集池上设有将收集的雨水供给水雾喷射系统和将水回收系统的水收集至雨水收集池内存储的水循环系统，上述太阳能供电系统的输出端与水循环系统的电源端连接，给水循环系统提供电力。
处于同一楼层的同一面的各阳台均落入于同一个集水凸台的种植凹槽范围内。
上述亲水性纳米材料层为纳米二氧化钛层。
上述混凝土建筑物本体具有三十个楼层，其中，第1至10楼层为上述第一区域，第11至20楼层为上述第二区域，第21至30楼层为上述第三区域。
采用上述技术方案，本发明的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，使用时第一区域的攀爬植物通过光合作用会释放氧气，使第一区域处的空气质量较佳，同时起到调节墙体温度和营造舒适环境的作用，第二区域的物理吸附层可将部分有害颗粒进行吸附，同时，给第一金属电极板和第二金属电极板通电(通电电压为12-24V)，第一金属电极板与第二金属电极板之间产生电磁场，雾霾中带负电粒子在电磁场的作用下向第一、二金属电极板方向运动而富集，从而使空气中的带电粒子沉降，有效地改善空气质量，再有，利用第二区域和第三区域处的水雾喷射系统喷出的水雾从高空沉降过程能够吸附空气中的雾霾颗粒，使空气质量得以改善，还起到湿润空气的作用，并使第一、二金属电极板得以清洗，使第一、二金属电极板较为清洁，使用功能不会受沉降颗粒物的影响，最后，利用第三区域的亲水性纳米材料在建筑物表面进行自然光催化，对空气中的颗粒起到沉降作用，且亲水性纳料材料催化后产生的水珠能够湿润空气。本发明的节能建筑结构，采用物理、化学以及生物的方法使建筑物本体能够吸附沉附雾霾中的有机物颗粒及二次无机盐，实现降低空气中的雾霾浓度，从而空气中的雾霾得以消减和控制，显著提高了整体空气质量，另，第一区域、第二区域与第三区域的错位设置一方面可使整体结构新颖，打破常规设计，造成一定的视觉冲击感，另一方面能空出的四个边角空间可以有效利用起来，拟作为休闲场所使用。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的局部示意图；
图3为本发明的阳台的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，如图1-3所示，包括混凝土建筑物本体1，该混凝土建筑物本体1具有多个楼层，每一楼层上均具有阳台11，混凝土建筑物本体1由下而上依次划分有第一区域1a、第二区域1b和第三区域1c，第一区域1a、第二区域1b和第三区域1c均由若干个楼层构成，即每一个区域均有若干层楼层组成，且第二区域1b与第一区域1a呈上下错位设置，第三区域1c与第二区域1b和第一区域1a均呈上下错位设置。本发明的建筑结构，该混凝土建筑物本体1优选采用的是具有三十个楼层的建筑物，即具有三十层，其中，第1至10楼层为所述的第一区域1a，第11至20楼层为所述的第二区域1b，第21至30楼层为所述的第三区域1c，即1-10楼为第一区域，11-20楼为第二区域，21-30楼为第三区域。
所述的第一区域1a的外表面设有用于墙面生长的攀爬植物(图中未画出)，此攀爬植物必须是对混凝土墙体不会造成破坏的植物；第二区域1b的外表面全部区域涂设有一对有害颗粒进行吸附进行物理的物理吸附层(图中未画出)，此物理吸附层为活性炭层或凹凸棒粉末层；物理吸附层也可包括活性炭层和凹凸棒粉末层，活性炭层和凹凸棒粉末层独立设置，即第二区域1b的外表面一部分涂有活性炭层，另一部分涂有凹凸棒粉末层。本发明的建筑结构，优选的是活性炭层和凹凸棒粉末层配合利用。本发明中，在实际应用过程中，第二区域1b的外表面也可局部区域涂有物理吸附层，无需全部区域涂设。
所述的第二区域1b的各阳台和第三区域1c的各阳台处均设有处于阳台下方的，产生正电粒子的电场产生装置，各电场产生装置处均设有喷洒出水雾的水雾喷射系统；优选的是：电场产生装置包括第一金属电极板21和第二金属电极板22，第一金属电极板21和第二金属电极板22固定竖立处于阳台的下底面的两侧处，且第一金属电极板21与第二金属电极板22相对间隔设置，该金属电极板通电工作的频率较低，一般只在雾霾严重的天气使用，并且以瞬间放电为主，则，两金属电极板之间可采用太阳能蓄电池供电。
所述的水雾喷射系统包括其喷洒出水雾的喷洒头31和给喷洒头提供水源的水管32，所述阳台下方的两侧均设有所述的喷洒头31和水管32，所述的喷洒头31和水管32均处于第一金属电极板21与第二金属电极板22之间，且喷洒头31安装在与该喷洒头31同一侧的水管32上，并与水管32相连通，由水管32给喷洒头31提供水源，而且，与第一金属电极板21相邻的喷洒头31的喷射方向朝向第一金属电极板21，与第二金属电极板22相邻的喷洒头31的喷射方向朝向第二金属电极板22。本发明的水雾喷射系统，在使用时两侧的水管32相连通设置。本发明中，该水管32的部分部位伸入种植土壤内，以便水管的布设。
所述的第三区域1c的外表面的全部区域涂设有亲水性纳米材料层(图中未画出)，此亲水性纳米材料层优选为纳米二氧化钛层。
本发明的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，使用时第一区域1a的攀爬植物通过光合作用会释放氧气，使第一区域处的空气质量较佳，同时起到调节墙体温度和营造舒适环境的作用，第二区域1b的物理吸附层可将部分有害颗粒进行吸附，同时，给第一金属电极板21和第二金属电极板22通电(通电电压为12-24V)，第一金属电极板21与第二金属电极板22之间产生电磁场，雾霾中带负电粒子在电磁场的作用下向第一、二金属电极板方向运动而富集，从而使空气中的带电粒子沉降，有效地改善空气质量，再有，利用第二区域和第三区域处的水雾喷射系统喷出的水雾从高空沉降过程能够吸附空气中的雾霾颗粒，使空气质量得以改善，还起到湿润空气的作用，同时，喷射头喷向金属电极板，使第一、二金属电极板得以清洗，从而使第一、二金属电极板的表面较为清洁，使用功能不会受沉降颗粒物的影响，避免第一、二金属电极板的表面具有颗粒物附着而影响使用特性的问题；最后，利用第三区域的亲水性纳米材料在建筑物表面进行自然光催化，能对空气中的颗粒起到沉降作用，且亲水性纳料材料催化后产生的水珠能够湿润空气。本发明的节能建筑结构，采用物理、化学以及生物的方法使建筑物本体能够吸附沉附雾霾中的有机物颗粒及二次无机盐，实现降低空气中的雾霾浓度，从而空气中的雾霾得以消减和控制，显著提高了整体空气质量；同时将11-20层设置为第二区域，而11-20层主要为扬尘层，主要成为雾、汽车尾气、工厂废气和生活废气，空气质量特别差，这样，利用第二区域的物理吸附、生态净化及电场作用可将扬尘层的空气得到大幅度的改善，另，第一区域、第二区域与第三区域的错位设置一方面可使整体结构新颖，打破常规设计，造成一定的视觉冲击感，另一方面能空出的四个边角空间可以有效利用起来，拟作为休闲场所使用。
本发明的建筑结构，再一优选的是：第二区域的外表面和第三区域的外表面位于各楼层的阳台处固设有集水凸台12，优选的同一面上同一楼层的各阳台共用同一个集水凸台12，该集水凸台12的上表面下凹有种植凹槽，集水凸台12处于阳台下方，即同一面上同一楼层的各阳台共处于集水凸台12的上方，并落入于该集水凸台12的种植凹槽范围内，每一种植凹槽内均填充有种植土壤4，此种植凹槽内位于每一个阳台的两侧外均种植有植物5，且该阳台处的第一金属电极板21与第二金属电极板22处于阳台两侧的植物5之间，所述的集水凸台12的下底面设有收集水分的集水装置，此集水装置可为集水槽，也可为集水管，且集水装置上设有将水输送出外界的水回收系统，水回收系统主要由回收水管和抽水系统组成，此集水装置与水回收系统是现有水循环系统中常用的结构，在此不再累述。
所述的混凝土建筑物本体1的楼顶设有植物区、太阳能收集区和雨水收集区，即第三区域的顶层设有植物区、太阳能收集区和雨水收集区，植物区种植有若干绿色植物，太阳能收集区设有收集太阳能，并将太阳能转换成电能存储的太阳能供电系统，此太阳能供电系统主要由太阳能板、控制器和蓄电池组成，太阳能供电系统的结构与原理为公知的，在此不再累述，所述的雨水收集区设有收集雨水的雨水收集池(图中未画出)，雨水收集池上设有将收集的雨水供给水雾喷射系统的水管和将水回收系统的水收集至雨水收集池内存储的水循环系统，此雨水收集区的雨水收集方式是现常用的雨水收集系统；所述的太阳能供电系统的输出端与水循环系统的电源端连接，给水循环系统提供电力。
本发明的建筑结构，通过集水凸台的结构和楼顶处的装置使雨水收集池收集的雨水可经水管流至喷洒头31处，由喷洒头31喷洒出来，喷洒头31喷洒出来的水雾除了可沉降雾霾颗粒和清洗金属电极板外，还可浇灌阳台两侧的植物5，使植物5得以灌溉成长，此时植物5的叶片尖端会放电，植物尖端的放电会产生负离子，起到净化空气的作用；同时，喷洒头31喷洒出来的多余的水份或雨水可渗透至种植土壤4内，由种植土壤4向下导流至集水装置处由集水装置收集，收集的水经水回收系统回收至雨水收集池内存储，最后由雨水收集池再给水雾喷射系统的水管32提供水资源，整个水资源得到循环再利用，不会造成资源浪费，且水循环再利用的整个系统的电力由楼顶的太阳能供电系统供电，无需外接市电，使整个建筑结构具有节能、环保的优点。
本发明中，太阳能供电系统也可给高层楼道的照明灯提供电源。
上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于改善雾霾的节能建筑结构，包括混凝土建筑物本体，该混凝土建筑物本体具有多个楼层，每一楼层上均具有阳台，其特征在于：上述混凝土建筑物本体由下而上依次设有第一区域、第二区域和第三区域，上述第一区域、第二区域和第三区域均由若干个楼层构成，上述第二区域与上述第一区域呈上下错位设置，上述第三区域与上述第二区域和上述第一区域均呈上下错位设置，上述第一区域的外表面设有用于墙面生长的攀爬植物，上述第二区域的外表面局部区域或全部区域涂设有一对有害颗粒进行吸附进行物理的物理吸附层，上述第二区域的各阳台和第三区域的各阳台处均设有处于阳台下方的，产生正电粒子的电场产生装置，各上述电场产生装置处均设有喷洒出水雾的水雾喷射系统，上述第三区域的外表面的局部区域或全部区域涂设有亲水性纳米材料层；
上述电场产生装置包括第一金属电极板和第二金属电极板，上述第一金属电极板和上述第二金属电极板固定竖立处于上述阳台的下底面上，且上述第一金属电极板与上述第二金属电极板相对间隔设置；上述第一金属电极板和上述第二金属电极板的通电电压均为12-24V，于上述第一金属电极板与上述第二金属电极板之间产生电磁场，雾霾中带负电粒子在电磁场的作用下向上述第一、二金属电极板方向运动而富集，从而使空气中的带电粒子沉降。
2.根据权利要求1所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述物理吸附层为活性炭层或凹凸棒粉末层。
3.根据权利要求1所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述物理吸附层包括活性炭层和凹凸棒粉末层，上述活性炭层和上述凹凸棒粉末层独立设置。
4.根据权利要求1所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述水雾喷射系统包括其喷洒出水雾的喷洒头和给喷洒头提供水源的水管，上述喷洒头设置有二个，二个喷洒头相对设置，并处于第一金属电极板与第二金属电极板之间，上述水管相应设置有二个，二喷洒头与二水管一一对应设置，且与第一金属电极板相邻的喷洒头的喷射方向朝向第一金属电极板，与第二金属电极板相邻的喷洒头的喷射方向朝向第二金属电极板，二个喷洒头一一对应安装在二个水管上，并与水管相连通。
5.根据权利要求4所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述第一区域的外表面和第二区域的外表面位于各楼层的阳台处固设有集水凸台，上述集水凸台的上表面下凹有种植凹槽，上述集水凸台处于阳台下方，上述阳台落入于上述种植凹槽范围内，上述种植凹槽内填充有种植土壤，上述种植凹槽内位于一个阳台的两侧外均种植有植物，且第一金属电极板与第二金属电极板处于阳台两侧的植物之间，上述集水凸台的下底面设有收集水分的集水装置，上述集水装置上设有将水输送出外界的水回收系统。
6.根据权利要求5所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述混凝土建筑物本体的楼顶设有植物区、太阳能收集区和雨水收集区，上述植物区种植有若干绿色植物，上述太阳能收集区设有收集太阳能，并将太阳能转换成电能存储的太阳能供电系统，上述雨水收集区设有收集雨水的雨水收集池，上述雨水收集池上设有将收集的雨水供给水雾喷射系统和将水回收系统的水收集至雨水收集池内存储的水循环系统，上述太阳能供电系统的输出端与水循环系统的电源端连接，给水循环系统提供电力。
7.根据权利要求6所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：处于同一楼层的同一面的各阳台均落入于同一个集水凸台的种植凹槽范围内。
8.根据权利要求1所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述亲水性纳米材料层为纳米二氧化钛层。
9.根据权利要求1所述的一种用于改善雾霾的节能建筑结构，其特征在于：上述混凝土建筑物本体具有三十个楼层，其中，第1至10楼层为上述第一区域，第11至20楼层为上述第二区域，第21至30楼层为上述第三区域。
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