CN113944284A - 一种热感应强化通风建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑技术领域内的一种热感应强化通风建筑结构，该建筑结构由屋顶构架、墙体构架和底层构架构成，屋顶构架倾斜设置，在屋顶架构上设置双金属片结构，双金属片结构通过若干组屋顶复位弹簧与屋顶构架连接，双金属片结构与屋顶构架之间留有狭长的空气通道；双金属片结构的低位一侧开设有第一通风口，屋顶构架高位一侧设有第二通风口；墙体构架的背阳面底部设有第三通风口，与第三通风口对应设置有用于开关第三通风口的升降挡板；双金属片结构经第二弹性拉索和定滑轮与所述升降挡板相连接。该装置利用双金属片结构的热胀冷缩变形原理，打开或关闭相应的通风口，形成强化通风效果，可进一步增强室内人员的热舒适性。

Description

一种热感应强化通风建筑结构
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体是一种利用热感应进行强化通风的建筑结构。
背景技术
热压通风是指利用空气温度差所引起的密度差带动空气流动的一种通风方式，是对建筑物进行自然通风的常用手段，具有无需能耗的优点。但受到气候条件和建筑结构的限制，通风效果不够稳定。目前建筑技术上已有一些利用双金属片的类似专利，例如专利公告号CN 105220838 A的太阳能屋顶，也可实现夏季通风散热的效果，但只是单纯利用热对流作用，通风效果无法强化。专利公告号CN104131662 A建筑的可动板面结构，其双金属片控制板面结构目的是为了遮阳，而并非通风。专利公告号CN207245478U的温控窗户，也是将双金属片的变形将信号传递给控制器，从而推动气缸活塞，控制窗户的启闭，但并非用于建筑整体，且不能精确调整和控制窗户的开启度。专利公告号CN112065237 A、CN111706233 A和CN111963018 A的窗户主要用于防火的用途，专利公告号CN209622935 U的装置则主要用于采暖设备的调控。
发明内容
本发明涉及到一种热感应强化通风建筑结构，采用双金属片结构感应室外空气温度。在室外空气温度较高，建筑需要通风的时候，可使建筑屋顶形成通风屋顶，降低屋顶温度，并通过联动装置控制通风口的开度，在室内实现热压通风，同时在通风屋顶中形成负压引流效应以强化室内热压通风的效果，提高室内人员的居住舒适性。在室外空气温度较低，建筑需要保温的时候，通风口关闭，使房间中热量不向室外散失。
本发明的技术方案是：一种热感应强化通风建筑结构，包括屋顶构架、墙体构架和底层构架，所述屋顶构架倾斜设置，使墙体构架的向阳面高于背阳面；
屋顶构架的上部设置有双金属片结构，双金属片结构通过若干组屋顶复位弹簧与屋顶构架连接，双金属片结构与屋顶构架之间留有狭长的空气通道；双金属片结构的低位一侧开设有第一通风口，双金属片结构包括上侧热膨胀系数较小的被动金属片和下侧热膨胀系数较大的主动金属片；
在屋顶构架的低位一侧的顶部设置第一支板，第一支板上设有铰支座，铰支座与双金属片结构铰接连接；
第一支板相邻处设置有第二支板，第二支板的位置与双金属片结构上的第一通风口的位置对应，当双金属片结构贴合在屋顶构架上时，第二支板恰好遮蔽第一通风口；
屋顶构架高位一侧设有第二通风口；第二通风口的上口位置设有可升降的保温盖板，保温盖板顶部通过若干根第一弹性拉索与双金属片结构高位一侧相连接；保温盖板底部通过盖板复位弹簧与设于屋顶构架上面的盖板支架相连接；
屋顶构架高位一侧与双金属片结构之间设置有折叠通风百叶；当折叠通风百叶被压紧时为不通风状态，当折叠通风百叶被拉开时为通风状态；屋顶构架和双金属片结构的两端设置有弹性伸缩百叶，弹性伸缩百叶与折叠通风百叶在建筑转折处相连；弹性伸缩百叶用来将屋顶构架和双金属片结构之间的空气通道从两端进行封闭；
墙体构架的背阳面底部设有第三通风口，与第三通风口对应设置有用于开关第三通风口的升降挡板；
屋顶构架和墙体构架背阳面设置有第二弹性拉索，第二弹性拉索的一端与双金属片结构高位一侧相连接，第二弹性拉索通过屋顶架构上的第一定滑轮和第二定滑轮转向，与所述升降挡板相连接。
作为本发明的进一步改进在于，所述双金属片结构包括若干平行排列的双金属片单元，相邻双金属片单元之间经交叉联系杆相铰接，在相邻双金属片单元的缝隙上侧设有透明柔性板材以进行密封；
作为本发明的进一步改进在于，墙体构架向阳面设置有保温玻璃窗；保温玻璃窗的外侧设置有遮阳百叶；遮阳百叶的每根百叶两侧用垂绳相连，并保持百叶面水平；遮阳百叶的一侧顶部设置有第三弹性拉索，第三弹性拉索的上端与双金属片结构高位一侧相连接。
作为本发明的进一步改进在于，所述屋顶构架、墙体构架和底层构架均设置有中空夹层，屋顶构架和墙体构架内侧还设置有保温隔音板。
作为本发明的进一步改进在于，所述屋顶构架的上表面喷涂对太阳辐射具有高吸收率的深色涂层。
作为本发明的进一步改进在于，所述被动金属片为铁片，主动金属片为铜片。
作为本发明的进一步改进在于，所述双金属片结构的上表面喷涂防锈涂层。
作为本发明的进一步改进在于，所述第一通风口和第三通风口处设置有纱网。
作为本发明的进一步改进在于，所述折叠通风百叶包括具有一定厚度的实体叶片，实体叶片之间经轻薄的纱网叶片相连。
本发明工作时，可根据室外的气象条件，分为两种工况，以在不同时段改善室内人员的居住舒适性：其一是，当室外气温较低时，双金属片结构并未受热膨胀；位于双金属片结构上的第一通风口与第二支板叠合，被第二支板堵住而关闭，位于屋顶构架上的第二通风口因被保温盖板盖住而关闭，位于墙体构架背阳面的第三通风口因被升降挡板挡住而关闭。此时，建筑屋顶和墙体共同形成完整的保温体系。其二是建筑通风工况：当室外气温较高，且有太阳辐射时，双金属片结构受热膨胀，由于双金属片结构靠近背阳面的一侧设有铰支座，且下侧主动金属片的膨胀率大于上侧被动金属片的膨胀率，所以双金属片结构靠近向阳面的一端向上翘起，与第二支板分离，露出第一通风口,在屋顶上方形成楔形通道。双金属片结构向上翘起时，也将带动第一弹性拉索，将保温盖板拉起，露出第二通风口；同时还带动第二弹性拉索，并通过第一定滑轮和第二定滑轮的两次转向，将升降挡板升起，露出第三通风口。此时，第三通风口和第二通风口在垂直方向所具有的高度差可促进室内形成热压通风。而另一方面，双金属片结构被太阳暴晒而温度升高，并对第一通风口和第二通风口之间楔形通道中的空气进行加热，热空气受热浮升，在狭窄的通道中会以较高速度向折叠通风百叶的方向流动，形成通风屋顶。根据流体力学伯努利方程，当热空气流经第二通风口上方的时候，会在此处形成负压区，对第二通风口下方的室内空气产生引流作用，可使室内热压通风的效果进一步增强。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本产品采用全被动式设计，可实现零能耗建筑通风或保温。
（2）本产品通过联动装置系统对不同通风口的开启或关闭进行切换，并可通过负压引流作用对建筑热压通风的效果进行强化。
（3）本产品利用双金属片热感应原理，不需要任何电动或手动操作。
（4）本产品的联动装置系统还可同时控制遮阳百叶的启闭，以进一步增强室内人员的热舒适性。
附图说明
图1为本产品纵剖面图（建筑保温工况）。
图2为本产品纵剖面图（建筑通风工况）。
图3为屋顶平面图。
图4为A1部位的局部放大图。
图5为A2部位的局部放大图。
图6为B1部位的局部放大图。
图7为B2部位的局部放大图。
图8为C1部位的局部放大图。
图9为C2部位的局部放大图。
图10为折叠通风百叶立面图（建筑保温工况）。
图11为折叠通风百叶立面图（建筑通风工况）。
图12为折叠通风百叶剖面图（建筑保温工况）。
图13为折叠通风百叶剖面图（建筑通风工况）。
图中：1-屋顶构架；2-墙体构架；3-底层构架；4-双金属片结构；41-被动金属片；42-主动金属片；51-屋顶复位弹簧；52-盖板复位弹簧；6-第一通风口；7-铰支座；81-第一支板；82-第二支板；9-第二通风口；10-保温盖板；11-第一弹性拉索；12-盖板支架；13-折叠通风百叶；131-实体叶片；132-纱网叶片；14-第三通风口；15-升降挡板；16-第二弹性拉索；17-第一定滑轮；18-第二定滑轮；19-保温玻璃窗；20-遮阳百叶；21-第三弹性拉索；22-弹性伸缩百叶;23-保温隔音板；24-交叉联系杆；25-透明柔性板材。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合附图1-图10对本发明的具体实施方式进行说明。
参照图1-图2所示，产品的主体结构由屋顶构架1、墙体构架2和底层构架3构成。屋顶构架1倾斜设置，使墙体构架2的向阳面高于背阳面。屋顶构架1、墙体构架2和底层构架3均设置有中空夹层。屋顶构架1、墙体构架2和底层构架3均为轻钢结构或钢木结构。优选的，可在屋顶构架1的上表面喷涂对太阳辐射具有高吸收率的深色涂层，如沥青酚醛漆涂层。
参照图1-图7所示，屋顶构架1的上部设置有双金属片结构4。双金属片结构4通过若干组屋顶复位弹簧51与屋顶构架1连接，双金属片结构4与屋顶构架1之间留有狭长的空气通道。双金属片结构4的低位一侧开设有第一通风口6，第一通风口6处设置有纱网。双金属片结构4上侧为热膨胀系数较小的被动金属片41，双金属片4下侧为热膨胀系数较大的主动金属片42。优选的，被动金属片41可采用铁片，主动金属片42可采用铜片。优选的，可在双金属片结构4的上表面喷涂防锈涂层。
参照图1-图5所示，在屋顶构架1的低位一侧的顶部设置第一支板81，第一支板81上设有铰支座7，第一支板81紧贴屋顶构架1与铰支座7均呈倾斜状。铰支座7与双金属片结构4铰接连接，双金属片结构4可在铰支座7的排列方向上产生一定的位移。第一支板81相邻处设置有第二支板82，第二支板82的位置与双金属片结构4上的第一通风口6的位置对应，当双金属片结构4贴合在屋顶构架1上时，第二支板82恰好遮蔽第一通风口6。
图6-图7所示，屋顶构架1高位一侧设有第二通风口9。第二通风口9的上口位置设有保温盖板10，保温盖板10顶部通过若干根第一弹性拉索11与双金属片结构4高位一侧相连接。保温盖板10底部通过盖板复位弹簧52与设于屋顶构架1上面的盖板支架12相连接。
参照图10-图13所示，屋顶构架1高位一侧与双金属片结构4之间设置有折叠通风百叶13。折叠通风百叶13包括具有一定厚度的实体叶片131和轻薄的纱网叶片132两部分，当折叠通风百叶13被压紧时为不通风状态，当折叠通风百叶13被拉开时为通风状态。
参照图8-图9所示，墙体构架2的背阳面底部设有第三通风口14，与第三通风口14对应设置有用于开关第三通风口的升降挡板15。在第三通风口14处设置纱网。
参照图1-图9所示，屋顶构架1和墙体构架2背阳面的中空夹层中设置有第二弹性拉索16，第二弹性拉索16的一端与双金属片结构4高位一侧相连接，第二弹性拉索16通过第一定滑轮17转向，从屋顶构架1的中空夹层中穿过，再通过第二定滑轮18转向，从墙体构架2背阳面的中空夹层中穿过，与设置于墙体构架2背阳面底部的升降挡板15相连接。双金属片结构4和与之配套的呈直线均匀排列的多个铰支座7、呈直线均匀排列的多个屋顶复位弹簧51、盖板复位弹簧52、第一通风口6、第一支板81、第二支板82、第二通风口9、保温盖板10、第一弹性拉索11、盖板支架12、第三通风口14、升降挡板15、第二弹性拉索16、第一定滑轮17、第二定滑轮18、第三弹性拉索21可以为多组。将平行排列在屋顶构架1的双金属片结构4之间的缝隙留出，缝隙两边铰接交叉联系杆，相对固定多个双金属片结构4，并在缝隙之上利用交叉联系杆24的铰接构件连接透明柔性板材25以进行密封。墙体构架2向阳面设置有保温玻璃窗19。保温玻璃窗19的外侧设置有遮阳百叶20。遮阳百叶20的每根百叶两侧用垂绳相连，并保持百叶面水平。遮阳百叶20的一侧顶部设置有第三弹性拉索21，第三弹性拉索21的上端与双金属片结构4高位一侧相连接。屋顶构架1和双金属片结构4的两端设置有弹性伸缩百叶22，用来将屋顶构架1和双金属片结构4之间的空气通道从两端进行封闭，使建筑两侧的冷空气不会渗入空气通道。
参照图1-图2所示，屋顶构架1和墙体构架2内侧还设置有保温隔音板23，使建筑整体具有保温和隔音功能。
（12）根据室外的气象条件，本产品可分为两种工况，以在不同时段改善室内人员的居住舒适性：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
建筑保温工况（参照图1、图4、图6、图8、图10、图12所示）：当室外气温较低时，双金属片结构4并未受热膨胀。此时，会出现下述状态：
a.位于双金属片结构4上的第一通风口6与第二支板82叠合，被第二支板82堵住而关闭，位于屋顶构架1上的第二通风口9因被保温盖板10盖住而关闭，位于墙体构架2背阳面的第三通风口14因被升降挡板15挡住而关闭。此时，建筑屋顶和墙体共同形成完整的保温体系。
b.折叠通风百叶13被压紧，在屋顶构架1和双金属片结构4之间形成封闭空气夹层，可起到良好的保温作用。
c.遮阳百叶20处于开启状态，可增强室内的采光，在寒冷天气但有太阳光照射的情况下，还可进一步提高室内温度。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
建筑通风工况（参照图2、图5、图7、图9、图11、图13所示）：当室外气温较高，且有太阳辐射时，双金属片结构4受热膨胀，由于双金属片结构4靠近背阳面的一侧设有铰支座7，且下侧主动金属片42的膨胀率大于上侧被动金属片41的膨胀率，所以双金属片结构4靠近向阳面的一端向上翘起。此时，会出现下述状态：
a.双金属片结构4向上翘起时，与第二支板82分离，露出第一通风口6,在屋顶上方形成楔形通道。双金属片结构4向上翘起时，也将带动第一弹性拉索11，将保温盖板10拉起，露出第二通风口9；同时还带动第二弹性拉索16，并通过第一定滑轮17和第二定滑轮18的两次转向，将升降挡板15升起，露出第三通风口14。此时，第三通风口14和第二通风口9在垂直方向所具有的高度差可促进室内形成热压通风。而另一方面，双金属片结构4被太阳暴晒而温度升高，并对第一通风口6和第二通风口9之间楔形通道中的空气进行加热，热空气受热浮升，在狭窄的通道中会以较高速度向折叠通风百叶13的方向流动，形成通风屋顶。根据流体力学伯努利方程，当热空气流经第二通风口9上方的时候，会在此处形成负压区，对第二通风口9下方的室内空气产生引流作用，可使室内热压通风的效果进一步增强。
b. 双金属片结构4向上翘起时，还将带动带动折叠通风百叶13，使其被拉开。一方面，被拉开的折叠通风百叶13形成了楔形热空气通道的出口；另一方面，太阳辐射热也将穿过折叠通风百叶13射入楔形热空气通道，对屋顶构架1的上表面进行加热，而屋顶构架1的上表面可进一步加热楔形通道中的热空气，并进一步增强通风屋顶的效果。
c. 双金属片结构4向上翘起时，还将带动第三弹性拉索21，使遮阳百叶20处于关闭状态，遮阳百叶20产生遮阳作用，可降低太阳辐射穿透保温玻璃窗19进入室内的份额，降低室内的空气温度。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热感应强化通风建筑结构，包括屋顶构架（1）、墙体构架（2）和底层构架（3），所述屋顶构架（1）倾斜设置，使墙体构架（2）的向阳面高于背阳面；其特征在于：
屋顶构架（1）的上部设置有双金属片结构（4），双金属片结构（4）通过若干组屋顶复位弹簧（51）与屋顶构架（1）连接，双金属片结构（4）与屋顶构架（1）之间留有狭长的空气通道；双金属片结构（4）的低位一侧开设有第一通风口（6），双金属片结构（4）包括上侧热膨胀系数较小的被动金属片（41）和下侧热膨胀系数较大的主动金属片（42）；
在屋顶构架（1）的低位一侧的顶部设置第一支板（81），第一支板（81）上设有铰支座（7），铰支座（7）与双金属片结构（4）铰接连接；
第一支板（81）相邻处设置有第二支板（82），第二支板（82）的位置与双金属片结构（4）上的第一通风口（6）的位置对应，当双金属片结构（4）贴合在屋顶构架（1）上时，第二支板（82）恰好遮蔽第一通风口（6）；
屋顶构架1高位一侧设有第二通风口（9）；第二通风口（9）的上口位置设有可升降的保温盖板（10），保温盖板（10）顶部通过若干根第一弹性拉索（11）与双金属片结构（4）高位一侧相连接；保温盖板（10）底部通过盖板复位弹簧（52）与设于屋顶构架（1）上面的盖板支架（12）相连接；
屋顶构架（1）高位一侧与双金属片结构（4）之间设置有折叠通风百叶（13）；当折叠通风百叶（13）被压紧时为不通风状态，当折叠通风百叶（13）被拉开时为通风状态；屋顶构架（1）和双金属片结构（4）的两端设置有弹性伸缩百叶（22），弹性伸缩百叶（22）与折叠通风百叶（13）在建筑转折处相连；弹性伸缩百叶（22）用来将屋顶构架（1）和双金属片结构（4）之间的空气通道从两端进行封闭；
墙体构架（2）的背阳面底部设有第三通风口（14），与第三通风口（14）对应设置有用于开关第三通风口的升降挡板（15）；
屋顶构架（1）和墙体构架（2）背阳面设置有第二弹性拉索（16），第二弹性拉索（16）的一端与双金属片结构（4）高位一侧相连接，第二弹性拉索（16）通过屋顶架构（1）上的第一定滑轮（17）和第二定滑轮（18）转向，与所述升降挡板（15）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述双金属片结构（4）包括若干平行排列的双金属片单元，相邻双金属片单元之间经交叉联系杆（24）相铰接，在相邻双金属片单元的缝隙上侧设有透明柔性板材（25）以进行密封。
3.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：墙体构架（2）向阳面设置有保温玻璃窗（19）；保温玻璃窗（19）的外侧设置有遮阳百叶（20）；遮阳百叶（20）的每根百叶两侧用垂绳相连，并保持百叶面水平；遮阳百叶（20）的一侧顶部设置有第三弹性拉索（21），第三弹性拉索（21）的上端与双金属片结构（4）高位一侧相连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述屋顶构架（1）、墙体构架（2）和底层构架（3）均设置有中空夹层，屋顶构架（1）和墙体构架（2）内侧还设置有保温隔音板（23）。
5.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述屋顶构架（1）的上表面喷涂对太阳辐射具有高吸收率的深色涂层。
6.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述被动金属片（41）为铁片，主动金属片（42）为铜片。
7.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述双金属片结构（4）的上表面喷涂防锈涂层。
8.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述第一通风口（6）和第三通风口（14）处设置有纱网。
9.根据权利要求1或2所述的一种热感应强化通风建筑结构，其特征在于：所述折叠通风百叶（13）包括具有一定厚度的实体叶片（131），实体叶片（131）之间经轻薄的纱网叶片（132）相连。
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