CN108895583A - 一种建筑外墙降温系统及降温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑外墙降温系统及降温方法，属于建筑外围护结构的温度调节技术领域，解决了现有技术中雨水冷量没有得到有效利用的问题。建筑外墙降温系统包括雨水集存装置、淋水网和多个喷淋头，雨水集存装置通过水泵与喷淋头连通，淋水网布置于建筑外墙表面，雨水从喷淋头喷出，淋在淋水网上形成水膜。降温方法为：获取雨水集存装置的保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度；当表面温度与雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换，完成建筑外墙的降温。

Description

一种建筑外墙降温系统及降温方法

技术领域

本发明涉及一种建筑外围护结构的温度调节技术，尤其涉及一种建筑外墙降温系统及降温方法。

背景技术

目前，建筑外围护结构的主要降温方式为降低得热的方式(如隔热、遮阳、建筑绿化等)和增加散热的方式(如中间层通风、冷辐射涂料等)。其中，降低得热的方式已在各类建筑中得到广泛应用，而增加散热的方式存在成本高昂、运行维护复杂等问题，使用效果有待提高。

雨水是一种良好品质的天然冷热源，取之不尽，用之不竭。现有雨水收集和利用只针对雨水的排污等功能，而并未应用到建筑围护结构降温领域，使其携带的冷量并未得到有效利用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种建筑外墙降温系统及降温方法，解决了现有技术中雨水冷量没有得到有效利用的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的一个实施例提供了一种建筑外墙降温系统，包括雨水集存装置、淋水网和多个喷淋头，雨水集存装置通过水泵与喷淋头连通，淋水网布置于建筑外墙表面，雨水从喷淋头喷出，淋在淋水网上形成水膜；淋水网的网孔形状为平行四边形，网孔的其中一条对角线沿竖直方向设置，另一条对角线沿水平方向设置。

在一种可能的设计中，网孔沿竖直方向的一组对角α的大小为30～60°。

在一种可能的设计中，建筑外墙降温系统还包括与建筑外墙固定连接的支架，喷淋头与支架转动连接，且喷淋头的形状为螺旋形。

在一种可能的设计中，雨水集存装置包括屋面雨水收集器和保温水箱，二者通过保温水管连通。

在一种可能的设计中，建筑外墙降温系统还包括监控器以及与监控器连接的水箱温度传感器和表面温度传感器；水箱温度传感器设于保温水箱中，用于测量保温水箱中的雨水温度；表面温度传感器设于建筑外墙表面，用于测量建筑外墙的表面温度；监控器用于实时获取保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度，当建筑外墙的表面温度与保温水箱中的雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换，完成建筑外墙的降温。

在一种可能的设计中，建筑外墙降温系统还包括与监控器连接的屋面雨水温度传感器、屋面闸阀和水位计，屋面闸阀设于屋面雨水收集器和保温水箱的连接管路上，水位计设于保温水箱中。

在一种可能的设计中，建筑外墙保温系统还包括水箱闸阀和水泵闸阀，水箱闸阀设于保温水箱与水泵的连接管路上，水泵闸阀设于水泵与喷淋头的连接管路上。

本发明的另一个实施例提供了一种建筑外墙的降温方法，采用上述建筑外墙降温系统，降温方法包括如下步骤：获取雨水集存装置的保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度；当表面温度与雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换。

在一种可能的设计中，降温系统包括监控器、水箱温度传感器、表面温度传感器、水箱闸阀和水泵闸阀，降温方法包括如下步骤：

步骤1：水箱温度传感器实时测量保温水箱中的雨水温度，表面温度传感器实时测量建筑外墙的表面温度；

步骤2：监控器实时获取建筑外墙的表面温度和保温水箱中的雨水温度，当两者的差值超过阈值时，开启水箱闸阀，水泵内充满水；

步骤3：依次开启水泵和水泵闸阀，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换；

步骤4：当降温后的建筑外墙的表面温度与保温水箱中的雨水温度的差值为阈值以下时，依次关闭水泵、水泵闸阀和水箱闸阀，完成建筑外墙的降温。

在一种可能的设计中，降温系统还包括屋面雨水温度传感器和屋面闸阀，步骤1之前，还包括如下步骤：

下雨时，屋面雨水收集器实时测量屋面雨水温度，当屋面雨水温度低于温度设定值时，开启屋面闸阀，雨水通过屋面闸阀流入保温水箱，进行收集及储存。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

本发明提供的建筑外墙降温系统利用雨水作为建筑天然冷源，通过雨水收集保温装置实现了雨水冷量的储存，为其进一步利用提供了可能；同时，利用喷淋头和淋水网，促使雨水在重力和表面张力的共同作用下在淋水网表面形成薄水膜，薄水膜通过对流换热，吸收来自建筑外墙的热量，同时通过蒸发及对流换热作用向外界空气散热，从而实现外墙降温，有利于降低夏季建筑的空调能耗，改善室内热环境，减少碳排放，为建筑热环境营造提供新的冷量来源，为实现绿色、低碳等目标提供重要支撑。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一提供的建筑外墙降温系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的建筑外墙降温系统中建筑外墙、喷淋头和淋水网的位置关系示意图；

图3为本发明实施例一提供的建筑外墙降温系统的淋水网的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的建筑外墙降温系统的螺旋形喷淋头的结构示意图。

附图标记：

1-淋水网；2-喷淋头；3-建筑外墙；4-网孔；5-支架；6-屋面雨水收集器；7-保温水箱；8-保温水管；9-水泵；10-水箱温度传感器；11-表面温度传感器；12-屋面雨水温度传感器；13-屋面闸阀；14-水位计；15-排污阀；16-电子水处理仪；17-水箱闸阀；18-水泵闸阀。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种建筑外墙降温系统，如图1至图4所示，包括雨水集存装置、淋水网1和多个喷淋头2，雨水集存装置通过水泵9与喷淋头2连通，淋水网1布置于建筑外墙3表面，雨水从喷淋头2喷出，淋在淋水网上形成水膜。

下雨时，雨水集存装置将雨水收集并存储起来，当天气温度较高时，雨水集存装置中的雨水在水泵9的驱动下流至位于建筑外墙3表面的喷淋头2，并进一步喷淋在淋水网1上，由于淋水网1上的雨水温度较低，通过与建筑外墙3进行热交换，从而实现建筑外墙3的降温。

需要说明的是，现有数据表明，炎热夏季的雨水温度最低可达21-23℃，而建筑外墙3在夏季的日温度最高值可达50-60℃。

与现有技术相比，本实施例提供的建筑外墙降温系统利用雨水作为建筑天然冷源，通过雨水收集保温装置实现了雨水冷量的储存，为其进一步利用提供了可能；同时，利用喷淋头2和淋水网1，促使雨水在重力和表面张力的共同作用下在淋水网1表面形成薄水膜，薄水膜通过对流换热，吸收来自建筑外墙3的热量，同时通过蒸发及对流换热作用向外界空气散热，从而实现外墙降温，有利于降低夏季建筑的空调能耗，改善室内热环境，减少碳排放，为建筑热环境营造提供新的冷量来源，为实现绿色、低碳等目标提供重要支撑。

为了使雨水喷淋在淋水网1上能够形成较为均匀的薄水膜，淋水网1的网孔4形状可以为平行四边形，网孔4的其中一条对角线沿竖直方向设置，另一条对角线沿水平方向设置。以淋水网1中的一个网孔4为例，雨水喷淋在淋水网1上，在重力的作用下，雨水会顺着淋水网1向下流动，同时，在雨水张力的作用下，雨水会沿着平行四边形的一角向下扩散，形成较为均匀的水膜。可以理解的是，对于雨水来说，相比于沿垂直于平行四边形的一边的方向流动铺展，从一点处(也就是平行四边形的一角处)向下流动更容易铺展形成均匀的水膜。

示例性地，为了进一步促使雨水在淋水网1上的铺展，网孔4沿竖直方向的一组对角α的大小可以控制在30～60°。

考虑到喷淋头2的喷洒面积是影响水膜面积以及降温效率的主要因素之一，为了能够扩大喷淋头2的喷洒面积，上述建筑外墙降温系统还可以包括与建筑外墙3固定连接的支架5，喷淋头2与支架5转动连接，且喷淋头2的形状为螺旋形。这样，当雨水从喷淋头2喷出时，在雨水反作用力的作用下，喷淋头2可以绕其自身中心转动，通过喷淋头2的转动，改变喷淋头2的喷洒方向，从而扩大喷洒面积。

需要说明的是，考虑到雨水在螺旋形的喷淋头2中流动受到的阻力较大，为了保证喷淋头2能够有效转动，螺旋形的圈数可以设置在2～3圈。

当然，扩大喷淋头2的喷洒面积，也可以采用另一种方式，具体来说，上述建筑外墙降温系统还可以包括与建筑外墙3固定连接的支架5，喷淋头2可以通过自动摆动机构(图中未示出)与喷管转动连接，通过喷淋头2的摆动，扩大喷淋头2的喷洒面积。示例性地，上述自动摆动机构可以是曲柄摇杆机构，或者，上述自动摆动机构可以包括步进电机、与步进电机的输出轴固定连接的电机齿轮以及与喷淋头2固定连接的喷淋齿轮，电机齿轮与喷淋齿轮啮合。

值得注意的是，在喷洒过程中，相邻两个喷淋头2之间可能存在雨水喷洒不到的地方，为了避免上述情况的发生，相邻两个喷淋头2的喷淋覆盖区域可以具有重叠的部分。这是因为，靠近喷淋头2的喷淋区域边缘处，雨水的密度相对较低，相邻两个喷淋头2的喷淋覆盖面积具有重叠的部分，该重叠的部分可以进行两次喷淋，从而提高了靠近喷淋头2的喷淋区域边缘处的雨水密度，进一步提高了薄水膜的均匀性。

对于雨水集存装置的结构，具体来说，其可以包括屋面雨水收集器6和保温水箱7，二者通过保温水管8连通。降雨时，雨水被开敞式的屋面雨水收集器6收集，而后流经保温水管8，进入密闭保温水箱7进行储存。由于保温水管8和密闭保温水箱7均属于保温部件，二者能够较好地存储雨水的冷量，天气较为炎热时，可以利用雨水冷量对建筑外墙3进行降温。

对于屋面雨水收集器6的结构，具体来说，其可以包括集水斗、设于及集水斗底部和侧壁的保温层以及设于集水斗开口处的防护网。在集水斗的底部和侧壁设置保温层，能够更好地收集雨水的冷量，从而进一步提高雨水冷量的利用率；防护网的设置，能够过滤雨水中的杂质，避免上述杂质堵塞建筑外墙降温系统的管路。

为了实现上述建筑外墙降温系统的自动控制，其还可以包括监控器(图中未示出)以及与监控器连接的水箱温度传感器10和表面温度传感器11。其中，水箱温度传感器10设于保温水箱7中，用于测量保温水箱7中的雨水温度；表面温度传感器11设于建筑外墙3表面，用于测量建筑外墙3的表面温度。实施时，监控器实时获取保温水箱7中的雨水温度T1和建筑外墙3的表面温度T2，当建筑外墙3的表面温度T2与保温水箱7中的雨水温度T1的差值超过阈值时，例如，T2-T1≥5℃，开启水泵9，保温水箱7中的温度较低的雨水通过喷淋头2喷淋在淋水网1上，与建筑外墙3进行热交换，从而实现建筑外墙3的降温。可以理解的是，如果建筑外墙3的表面温度T2与保温水箱7中的雨水温度T1的差值未超过阈值，则水泵9不开启。

在实际应用中，降雨初期，雨水温度较高、冷量较低，不适于收集，因此，上述建筑外墙降温系统还可以包括与监控器连接的屋面雨水温度传感器12、屋面闸阀13(例如，电动闸阀)和水位计14，屋面闸阀13设于屋面雨水收集器6和保温水箱7的连接管路上，水位计14设于保温水箱7中。当屋面雨水温度高于温度设定值时，屋面闸阀13关闭，雨水直接排至排水系统，以减少高温雨水对于冷量的中和作用；当屋面雨水温度低于温度设定值时(例如，29℃)，屋面闸阀13开启，雨水通过屋面闸阀13流入保温水箱7，进行收集及储存。此外，当水位计14超过水位设定值时，为了避免保温水箱7过满，可以关闭屋面闸阀13关闭，雨水直接排至排水系统。

随着建筑外墙降温系统的使用时间延长，虽然，在屋面雨水收集器6的开口处设有防护网，可以阻隔一部分的杂质，但是，屋面雨水收集器6和保温水箱7的连接管路也不可避免地受到污泥的污染，存在发生堵塞的危险，因此，屋面雨水收集器6与保温水箱7的连接管路上可以设置排污阀15。排污阀15可以定期排除屋面雨水收集器6与保温水箱7的连接管路污泥和杂质，避免因固体杂质沉积而导致管道阻力增加，提高上述建筑外墙降温系统的工作稳定性。

考虑到雨水需要长期存储，为了避免雨水中污染物和微生物过多，屋面雨水收集器6与保温水箱7的连接管路还可以设置电子水处理仪16，电子水处理仪16可以对雨水进行水质净化，杀菌、灭藻、实现预防水垢、防腐蚀、防氧化等功能。

为了保证水泵9的正常工作，上述建筑外墙保温系统还包括水箱闸阀17和水泵闸阀18，水箱闸阀17设于保温水箱7与水泵9的连接管路上，水泵闸阀18设于水泵9与喷淋头2的连接管路上。建筑外墙降温系统开始运行时，水箱闸阀17先于水泵9开启，保证水泵9内充满雨水，避免水泵9空转；建筑外墙降温系统停止工作时，水泵9停转后再关闭水泵闸阀18，最后关闭水箱闸阀17，以防止气蚀和水击。

实施例二

本实施例提供了一种建筑外墙的降温方法，包括如下步骤：获取雨水集存装置的保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度；当表面温度与雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换，完成建筑外墙的降温。

与现有技术相比，本实施例提供的建筑外墙的降温方法的有益效果与实施例一提供的建筑外墙降温系统的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

具体来说，上述降温系统包括监控器、水箱温度传感器、表面温度传感器、水箱闸阀和水泵闸阀，上述降温方法可以包括如下步骤：

步骤1：水箱温度传感器实时测量保温水箱中的雨水温度，表面温度传感器实时测量建筑外墙的表面温度；

步骤2：监控器实时获取建筑外墙的表面温度和保温水箱中的雨水温度，当两者的差值超过阈值时，开启水箱闸阀，水泵内充满水；

步骤3：依次开启水泵和水泵闸阀，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换；

步骤4：当降温后的建筑外墙的表面温度与保温水箱中的雨水温度的差值为阈值以下时，依次关闭水泵、水泵闸阀和水箱闸阀，完成建筑外墙的降温。

当上述降温系统还包括屋面雨水温度传感器和屋面闸阀时，上述降温方法的步骤1之前还包括如下步骤：

下雨时，屋面雨水收集器实时测量屋面雨水温度，当屋面雨水温度低于温度设定值时，屋面闸阀开启，雨水通过屋面闸阀流入保温水箱，进行收集及储存。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑外墙降温系统，其特征在于，包括雨水集存装置、淋水网和多个喷淋头，所述雨水集存装置通过水泵与喷淋头连通，所述淋水网布置于建筑外墙表面，雨水从喷淋头喷出，淋在淋水网上形成水膜；

所述淋水网的网孔形状为平行四边形，所述网孔的其中一条对角线沿竖直方向设置，另一条对角线沿水平方向设置。

2.根据权利要求1所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述网孔沿竖直方向的一组对角α的大小为30～60°。

3.根据权利要求1所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述建筑外墙降温系统还包括与建筑外墙固定连接的支架，喷淋头与支架转动连接，且喷淋头的形状为螺旋形。

4.根据权利要求1所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述雨水集存装置包括屋面雨水收集器和保温水箱，二者通过保温水管连通。

5.根据权利要求4所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述建筑外墙降温系统还包括监控器以及与监控器连接的水箱温度传感器和表面温度传感器；

所述水箱温度传感器设于保温水箱中，用于测量保温水箱中的雨水温度；所述表面温度传感器设于建筑外墙表面，用于测量建筑外墙的表面温度；所述监控器用于实时获取保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度，当建筑外墙的表面温度与保温水箱中的雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换，完成建筑外墙的降温。

6.根据权利要求5所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述建筑外墙降温系统还包括与监控器连接的屋面雨水温度传感器、屋面闸阀和水位计，所述屋面闸阀设于屋面雨水收集器和保温水箱的连接管路上，所述水位计设于保温水箱中。

7.根据权利要求1至6任一项所述的建筑外墙降温系统，其特征在于，所述建筑外墙保温系统还包括水箱闸阀和水泵闸阀，所述水箱闸阀设于保温水箱与水泵的连接管路上，所述水泵闸阀设于水泵与喷淋头的连接管路上。

8.一种建筑外墙的降温方法，其特征在于，采用如权利要求1至7所述的建筑外墙降温系统，所述降温方法包括如下步骤：获取雨水集存装置的保温水箱中的雨水温度和建筑外墙的表面温度；当表面温度与雨水温度的差值超过阈值时，开启水泵，保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换。

9.根据权利要求8所述的建筑外墙的降温方法，其特征在于，所述降温系统包括监控器、水箱温度传感器、表面温度传感器、水箱闸阀和水泵闸阀，所述降温方法包括如下步骤：

步骤1：所述水箱温度传感器实时测量保温水箱中的雨水温度，所述表面温度传感器实时测量建筑外墙的表面温度；

步骤2：所述监控器实时获取建筑外墙的表面温度和保温水箱中的雨水温度，当两者的差值超过阈值时，开启水箱闸阀，所述水泵内充满水；

步骤3：依次开启水泵和水泵闸阀，所述保温水箱中的雨水通过喷淋头喷淋在淋水网上，与建筑外墙进行热交换；

步骤4：当降温后的建筑外墙的表面温度与保温水箱中的雨水温度的差值为阈值以下时，依次关闭水泵、水泵闸阀和水箱闸阀，完成建筑外墙的降温。

10.根据权利要求9所述的建筑外墙的降温方法，其特征在于，所述降温系统还包括屋面雨水温度传感器和屋面闸阀，所述步骤1之前，还包括如下步骤：

下雨时，所述屋面雨水收集器实时测量屋面雨水温度，当屋面雨水温度低于温度设定值时，开启屋面闸阀，雨水通过屋面闸阀流入保温水箱，进行收集及储存。