CN111609501B - 一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，包括太阳能烟囱、地埋管单元和进风单元，太阳能烟囱和进风单元设置在房屋相对的两墙体外侧，地埋管单元设在太阳能烟囱和进风单元之间；进风单元为箱体结构，在箱体外侧壁上设有室外进风口；在箱体对应的墙体上设有室内进风口；太阳能烟囱为设置在墙体外侧壁上的矩形空气流道，包括设置在墙体外侧的太阳能集热板和相对太阳能集热板设置的透明玻璃板，并在太阳能集热板对应的墙体上上下设有两个风口；地埋管单元由埋设在地底下的地埋管组成，地面管的一端与进风单元出风口连接，另一端与太阳能烟囱底端连接。该系统有效的调节了室内温度和室内空气品质，实现可再生能源在建筑领域的优化利用。

Description

一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统
技术领域
本发明属于通风技术领域，具体涉及一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统。
背景技术
现代化的建筑是能源消耗的大头，建筑业能源消耗约占国家总能耗的40%。而在建筑能耗中，约有50%用于暖通空调系统。
从全球范围来看，节能和环保已是现代建筑行业的两大主题。随着地球化石能源的不断减少，发展可再生能源已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国推进能源生产、消费革命以及推动能源转型的重要措施。太阳能和地热能是两种可再生能源，太阳能是世界上最丰富的可再生能源；地热能是一种可再生的新型环保能源，它主要来源于太阳辐射和地球梯度增温。
在对空调需求急剧增加的今天，如何将太阳能和地热能有效的融入建筑设计当中，以调节室内温度和室内空气品质，实现可再生能源在建筑领域的优化利用，是本领域技术人员的研究方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种能有效调节室内温度和室内空气品质，实现可再生能源在建筑领域的优化利用的利用太阳能和地热能的被动式通风系统。
一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，包括太阳能烟囱、地埋管单元和进风单元，所述太阳能烟囱和进风单元设置在房屋相对的两墙体外侧，地埋管单元设在太阳能烟囱和进风单元之间以将太阳能烟囱和进风单元连通。
所述进风单元为箱体结构，在箱体外侧壁上设有室外进风口以将室外和箱体连通，并在室外进风口处设有第一风阀，用于控制新风进入箱体；在箱体对应的墙体上设有室内进风口以将室内和箱体连通，并在室内进风口处设有第二风阀，用于控制室内空气进入箱体；在箱体底部设有出风口。
所述太阳能烟囱为设置在对应墙体外侧壁上矩形空气流道，包括设置在墙体外侧的太阳能集热板和相对太阳能集热板设置的透明玻璃板，所述太阳能集热板的高度高于对应的墙体，并在太阳能集热板对应的墙体上上下设有两个风口，设于下方的风口为下风口，设于上方的风口为上风口；下风口处设有第三风阀，并在下风口和上风口之间的空气流道内设有第四风阀，便于通过第三风阀和第四风阀的启闭控制空气进入室内或沿空气流道流动；上风口上方对应的空气流道内设有第五风阀，便于通过第五风阀的启闭控制空气进入室内或沿空气流道流动。
地埋管单元由埋设在土壤内的地埋管组成，地面管的一端与进风单元出风口连接，另一端与太阳能烟囱底端连接。
进一步地，在太阳能烟囱对应的墙体内侧设有绝热板。
进一步地，在太阳能烟囱顶部设有防雨帽，防止雨水进入太阳能烟囱内。
进一步地，在箱体内设有通风机，便于将室外新风或者室内空气引入箱体内。
进一步地，所述第四风阀设置在下风口上端对应的空气流道内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用太阳能和地热能，有效调节室内温度和室内空气品质，实现了可再生能源在建筑领域的优化利用。在夏季，太阳能烟囱能加快空气的流通，保证了室内空气品质，同时地热能为空气提供冷量，能有效冷却空气，提高室内空气的冷舒适性；在冬季，太阳能烟囱能对空气进行加热，地热能也为空气提供热量，能有效加热空气，保证了室内空气的热舒适性。
附图说明
图1-本发明的结构示意图。
图2-本发明夏季运行工况图。
图3-本发明冬季运行工况图。
其中：1-太阳能烟囱；11-透明玻璃板；12-太阳能集热板；13-蓄热墙；14-绝热板；15-第五风阀；16-第三风阀；17-第四风阀；18-防雨帽；2-进风单元；21-第一风阀；22-第二风阀；3-地埋管单元；31-地埋管；32-土壤；33-地热能换热区；4-室内。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，包括太阳能烟囱1、地埋管单元3和进风单元2，所述太阳能烟囱1和进风单元2设置在房屋相对的两墙体外侧，地埋管单元3设在太阳能烟囱1和进风单元2之间以将太阳能烟囱1和进风单元2连通。
所述进风单元2为箱体结构，在箱体外侧壁上设有室外进风口以将室外和箱体连通，并在室外进风口处设有第一风阀21，用于控制新风进入箱体；在箱体对应的墙体上设有室内进风口以将室内4和箱体连通，并在室内进风口处设有第二风阀22，用于控制室内空气进入箱体；在箱体底部设有出风口。
所述太阳能烟囱1为设置在对应墙体外侧壁上矩形空气流道，包括设置在墙体外侧的太阳能集热板12和相对太阳能集热板12设置的透明玻璃板11，所述太阳能集热板12的高度高于对应的墙体，并在太阳能集热板12对应的墙体上上下设有两个风口，设于下方的风口为下风口，设于上方的风口为上风口；下风口处设有第三风阀16，并在下风口和上风口之间的空气流道内设有第四风阀17，便于通过第三风阀16和第四风阀17的启闭控制空气进入室内4或沿空气流道流动；上风口上方对应的空气流道内设有第五风阀15，便于通过第五风阀15的启闭控制空气进入室内4或沿空气流道流动。
这里，当第三风阀关闭，第四风阀开启时，空气就沿空气流道流动；当第三风阀开启，第四风阀关闭时，空气则通过下风口进入室内。
地埋管单元3由埋设在土壤32内的地埋管31组成，地面管31的一端与进风单元2出风口连接以将地埋管31和进风单元2连通，另一端与太阳能烟囱1底端连接以将地埋管31和太阳能烟囱3连通。
地埋管埋设在土壤中温度较稳定的区域，该区域为地热能交换区33，位于地表面4m以下，该区域的一般温度为18+2℃。
具体实施时，在太阳能烟囱1对应的墙体内侧设有绝热板14。
这样，在夏季，能有效避免太阳能热量通过墙体进入室内，在冬季，能有效避免室内热量通过墙体而被散热。同时，这样在墙体内侧设绝热板，在墙体外侧设太阳能集热板，所形成的墙体为蓄热墙13，也为Trombe墙。
具体实施时，在太阳能烟囱1顶部设有防雨帽18，用于防止雨水进入太阳能烟囱1内。
这里，设置了防雨帽后，雨水就不会进入太阳能烟囱，进而避免雨水顺着太阳能烟囱流入建筑物内。
具体实施时，在箱体内设有通风机（图中未示出），便于将室外新风或者室内空气引入箱体内。
具体实施时，所述第四风阀17设置在下风口上端对应的空气流道内
在实际应用中，可以将第三风阀和第四风阀设置成一个风阀开关，用于控制下风口的启闭和封闭或者开启对应的空气流道。
下面结合图2和图3对本发明在夏季和冬季的两种运行工况进行说明：
夏季：
参见图2，第一风阀开启，第二风阀关闭，第三风阀开启，第四风阀关闭，第五风阀开启，室外热空气进入进风单元后进入地埋单元，然后在地埋管单元内和土壤中温度较稳定的地热能热交换区蓄存的冷量进行热交换而被冷却，冷却后的空气由下风口进入室内，给室内送入新鲜高品质的空气，并提供冷量，在热压的作用下室内的空气从上风口进入太阳能烟囱内，最后太阳能烟囱顶端的排风口排出。这里经地埋管单元冷却后的空气位于室内的下部，给室内的人带来冷舒适性，然后室内温度较高的空气位于室内上部，从太阳能烟囱排出。同时，这里太阳辐射透过透明玻璃板进入太阳能烟囱后被太阳能集热板吸收，加热了空气流道内的空气，使得太阳能烟囱内外产生密度差，驱动空气流道内的空气向太阳能烟囱顶部流动，从而促进了室外热空气不断进入地埋管单元进行热交换，这样不但保证室内的通风，而且还有效地对空气进行了冷却，让室内更加舒适。
冬季：
参见图3，第一风阀关闭，第二风阀开启，第三风阀关闭，第四风阀开启，第五风阀关闭，室内空气进入进风单元后进入地埋管单元，然后在地埋管单元内和土壤中温度较稳定的地热能热交换区蓄存的热量进行热交换而被预热，预热后的空气进入太阳能烟囱，并通过热压的作用在太阳能烟囱中被再次加热，再次加热后的空气通过上风口进入室内，最后经过室内换热后的空气再次由室内进风口进入进风单元、而后进入地埋管单元、太阳能烟囱和室内，形成一个闭式循环。这样室内的空气不断被加热，然后稳定保持在合适的温度范围内，能有效满足室内的热舒适性。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，其特征在于，包括太阳能烟囱、地埋管单元和进风单元，所述太阳能烟囱和进风单元设置在房屋相对的两墙体外侧，地埋管单元设在太阳能烟囱和进风单元之间以将太阳能烟囱和进风单元连通；
所述进风单元为箱体结构，在箱体外侧壁上设有室外进风口以将室外和箱体连通，并在室外进风口处设有第一风阀，用于控制新风进入箱体；在箱体对应的墙体上设有室内进风口以将室内和箱体连通，并在室内进风口处设有第二风阀，用于控制室内空气进入箱体；在箱体底部设有出风口；
所述太阳能烟囱为设置在对应墙体外侧壁上矩形空气流道，包括设置在墙体外侧的太阳能集热板和相对太阳能集热板设置的透明玻璃板，所述太阳能集热板的高度高于对应的墙体，便于为空气流动提供驱动力；并在太阳能集热板对应的墙体上上下设有两个风口，设于下方的风口为下风口，设于上方的风口为上风口；下风口处设有第三风阀，并在下风口和上风口之间的空气流道内设有第四风阀，便于通过第三风阀和第四风阀的启闭控制空气进入室内或沿空气流道流动；上风口上方对应的空气流道内设有第五风阀，便于通过第五风阀的启闭控制空气进入室内或沿空气流道流动；
地埋管单元由埋设在土壤内的地埋管组成，地面管的一端与进风单元出风口连接，另一端与太阳能烟囱底端连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，其特征在于，在太阳能烟囱对应的墙体内侧设有绝热板。
3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，其特征在于，在太阳能烟囱顶部设有防雨帽，防止雨水进入太阳能烟囱内。
4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，其特征在于，在箱体内设有通风机，便于将室外新风或者室内空气引入箱体内。
5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统，其特征在于，所述第四风阀设置在下风口上端对应的空气流道内。
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