CN114413356A - 中庭建筑的分层温控系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种中庭建筑的分层温控系统，包括：垂直绿化系统，布置于建筑实体的内立面；滴灌装置，包括雨水收集装置和滴灌管路，雨水收集装置安装于建筑实体的顶部，滴灌管路连接在雨水收集装置和垂直绿化系统之间；除湿循环系统，包括回风管路和除湿器，回风管路连接在进风口和出风口之间，除湿器连接于回风管路，并存放有用于空气除湿的液体干燥剂。干燥剂再生系统，包括与除湿器连接的干燥剂循环管路、安装于干燥剂循环管路中的太阳能集热器和再生器，太阳能集热器用于加热液体干燥剂，再生器供液体干燥剂蒸发再生。本申请提供的中庭建筑的分层温控系统，能够辅助解决中庭建筑夏季过热的问题，降低系统能耗。

Description

中庭建筑的分层温控系统
技术领域
本申请涉及建筑设计技术领域，特别是涉及中庭建筑的分层温控系统。
背景技术
为提高建筑的美观效果及增强建筑内部空间的通透性和敞开性，具有大面积的透明立面或玻璃屋顶的中庭建筑被广泛应用于现代公共建筑中。随着透明围护结构面积的急剧增大，受到室外多变的天气状况的影响，中庭内部热环境愈发复杂。在冬季，中庭建筑可通过温室效应自然升温，节约供暖能耗。但在夏季，中庭建筑的“过热”现象也频繁发生，夏季部分中庭内部上方空气温度可高达40℃～50℃，人员热舒适亟待增强。因此，需要采取有效方法改善中庭内部热环境。
现有降温方法主要包括：(1)在中庭装设空调系统；(2)利用辅助装置减小透明围护结构导热系数和进入室内的太阳辐射强度，如设置外遮阳或涂层。对于夏热冬冷和严寒地区，采用空调系统的电能消耗可能超过冬季节约的电能，达不到节能的目的。若不采用空调系统，室内人员的不舒适性将受到严重影响。而在玻璃顶上设置外遮阳则会影响建筑美观效果和内部空间的宽敞明亮，与玻璃顶的设计初衷相违背，玻璃顶涂层则会隔绝冬季太阳辐射，削弱室内热舒适感。
垂直绿化系统在建筑的外立面已有较普遍的应用，通过影响围护结构导热和到达建筑外立面的太阳辐射强度，可以改善建筑内部的热环境。然而，鲜有将垂直绿化系统应用在建筑内部的例子。在太阳能的多种应用方式中，商业成熟度最高的是太阳能集热器。太阳能集热器直接利用太阳能产生热水，再利用热水供暖或取代电力驱动其他设备。
发明内容
本申请提供了一种中庭建筑的分层温控系统，能够辅助解决中庭建筑夏季过热的问题，降低系统能耗。
本申请提供的中庭建筑的分层温控系统，所述中庭建筑具有中庭空间，并包括围绕所述中庭的多座建筑实体以及遮盖所述中庭空间的透光屋顶，所述建筑实体具有朝向所述中庭空间的内立面和背向所述中庭空间的外立面，所述内立面设有与所述中庭空间连通的进风口和出风口，所述分层温控系统包括：
垂直绿化系统，布置于所述建筑实体的内立面；
滴灌装置，包括雨水收集装置和滴灌管路，所述雨水收集装置安装于所述建筑实体的顶部，所述滴灌管路连接在所述雨水收集装置和所述垂直绿化系统之间；
除湿循环系统，包括回风管路和除湿器，所述回风管路连接在所述进风口和所述出风口之间，所述除湿器连接于所述回风管路，并存放有用于空气除湿的液体干燥剂；
干燥剂再生系统，包括与所述除湿器连接的干燥剂循环管路、安装于所述干燥剂循环管路中的太阳能集热器和再生器，所述太阳能集热器用于加热所述液体干燥剂，所述再生器供所述液体干燥剂蒸发再生。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，还包括朝所述中庭空间内喷射水雾的喷雾系统，所述喷雾系统包括布置于所述垂直绿化系统的多个喷嘴。
可选的，相邻两喷嘴之间的距离为0.5m～2m。
可选的，所述喷嘴以阵列形式排布，所述阵列中同一行的多个喷嘴高度一致，每一行喷嘴单独设有喷雾开关。
可选的，所述回风管路包括连接于所述出风口的第一回风管路和第二回风管路，所述出风口的排风分为第一支流和第二支流，所述第一回风管路引导所述第一支流进入所述除湿器并形成干燥风，所述第二回风管路引导所述第二支流与所述干燥风混合并进入所述进风口。
可选的，所述液体干燥剂采用溴化锂溶液。
可选的，连接于同一回风管路的所述进风口和所述出风口为一组回风口，所述内立面沿高度方向设置多组回风口，各组回风口分别连接有一套所述回风管路，多套回风管路连接于同一除湿器。
可选的，所述干燥剂再生系统还包括连接在所述干燥剂循环管路中的第一储液槽、第一液泵、第二储液槽、第二液泵以及冷却器，沿所述液体干燥剂的流动方向，所述第一储液槽、所述第一液泵、所述太阳能集热器、所述再生器、所述第二储液槽、所述第二液泵以及所述冷却器依次布置。
可选的，所述干燥剂循环管路包括处于所述第一液泵和所述太阳能集热器之间的第一输液管道，以及处于所述第二液泵和所述冷却器之间的第二输液管道，所述干燥剂再生系统还包括换热器，所述第一输液管道内的液体干燥剂与所述第二输液管道内的液体干燥剂在所述换热器内换热。
可选的，还包括传感器和控制器，所述传感器检测所述中庭空间的温度信息和湿度信息，所述控制器根据所述温度信息和湿度信息开启或关闭所述除湿循环系统和所述喷雾系统。
本申请提供的中庭建筑的分层温控系统，能够辅助解决中庭建筑夏季过热的问题，降低系统能耗。
附图说明
图1为本申请一实施例的结构示意图；
图2为图1中除湿循环系统和干燥剂再生系统的内部结构图；
图3为本申请一实施例的降温原理图。
图中附图标记说明如下：
1、中庭空间；2、建筑实体；21、内立面；22、外立面；23、进风口；24、出风口；3、透光屋顶；4、垂直绿化系统；51、雨水收集装置；52、滴灌管路；61、回风管路；611、第一回风管路；612、第二回风管路；62、除湿器；71、干燥剂循环管路；711、第一输液管道；712、第二输液管道；72、太阳能集热器；73、再生器；74、第一储液槽；75、第一液泵；76、第二储液槽；77、第二液泵；78、冷却器；79、换热器；8、喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
中庭建筑最早可追溯到古罗马时期，其特点是包含一个由建筑围合而成的中央空地。随着钢铁和玻璃生产技术的成熟，出现了现代意义的中庭建筑，它还具有一个通常是玻璃结构的透光屋顶。透光屋顶的加入增强了中庭空间的封闭性，避免外界风雨环境侵入室内，在中庭空间内形成相对稳定的微气候。
自然光中的短波可穿过透光屋顶进入中庭空间内，而中庭空间内热辐射的长波难以通过透光屋顶向外耗散，热量在中庭空间内聚集而升温，造成夏季过热的问题。由于中庭空间的尺寸通常较大，采用传统的空调降温会消耗大量电能。
针对以上问题，本申请提供了一种中庭建筑的分层温控系统，能够降低能耗。参考图1～图3，中庭建筑具有中庭空间1，并包括围绕中庭空间1的多座建筑实体2以及遮盖中庭空间1的透光屋顶3。建筑实体2具有朝向中庭空间1的内立面21和背向中庭空间1的外立面22，内立面21设有与中庭空间1连通的进风口23和出风口24，分层温控系统包括：垂直绿化系统4、滴灌装置、除湿循环系统以及干燥剂再生系统。
垂直绿化系统4布置于建筑实体2的内立面21。滴灌装置包括雨水收集装置51和滴灌管路52，雨水收集装置51安装于建筑实体2的顶部，滴灌管路52连接在雨水收集装置51和垂直绿化系统4之间。除湿循环系统包括回风管路61和除湿器62，回风管路61连接在进风口23和出风口24之间，除湿器62连接于回风管路，并存放有用于空气除湿的液体干燥剂。干燥剂再生系统包括与除湿器连接的干燥剂循环管路71、安装于干燥剂循环管路71中的太阳能集热器72和再生器73，太阳能集热器72用于加热液体干燥剂，再生器73供液体干燥剂蒸发再生。
在夏季，当中庭空间1内的温度高于周边温度时，可通过烟囱效应实现经过进风口23和出风口24的自然通风。在自然风压不足的情况下，也可采用风机主动通风。现有的生态建筑一般将垂直绿化系统4(例如绿化立面、生命墙、垂直花园等)设置在外立面，通过遮阳达到降温的目的。由于外立面的垂直绿化系统处于相对开放的大气环境中，植物的蒸腾吸热能力和造氧能力未直接服务于改善室内环境。为了充分发挥垂直绿化系统4的生态功能，本申请将垂直绿化系统4布置在内立面21，透光屋顶3和回风管路61与建筑之间形成了相对独立的空气循环系统，植物蒸腾作用产生的冷量直接作用于室内空气，效能较高。
滴灌蒸发和植物蒸腾在降温的同时，会造成中庭空间1内的湿度增加。为了维持中庭空间1内的湿度，通过回风管路61将高湿空气导入除湿循环系统内，空气中的水蒸气被干燥剂吸收，干燥后的空气回到中庭空间1内。
为了减少干燥剂使用成本，本申请选用液体干燥剂，并设置了干燥剂再生系统。初始的浓干燥剂吸湿后变为稀干燥剂，稀干燥剂流经太阳能集热器72时，太阳能集热器72直接将太阳能转换为热能加热稀干燥剂，热的稀干燥剂中的水分在再生器73内挥发，重新形成浓干燥剂回到除湿器62内，如此既充分发挥了植物的蒸腾吸热作用，又维持了室内湿度的相对稳定。
太阳能设备的输出功率受天气状况影响较大，一般需要匹配蓄热装置或变电设备。本申请的分层温控系统在使用太阳能时，太阳辐射强度峰值往往与室内冷负荷峰值同步出现，对天气变化有一定的自动适应能力，能够起到一定的辅助降温作用，降低系统能耗。
为提高蒸发吸热的效率，还包括朝中庭空间1内喷射水雾的喷雾系统，喷雾系统包括布置于垂直绿化系统4的多个喷嘴8。通过喷嘴8喷雾蒸发降温，可降低对天气状况的依赖性。垂直绿化系统4能在视觉上对喷嘴8起到遮挡作用，不会显得突兀，对建筑初始设计的外观破坏较小。喷出的水雾与绿植交相辉映，制造朦胧的视觉感受，还可提高建筑的美学价值。
具体的，相邻两喷嘴之间的距离为0.5m～2m，例如间隔1m。
当中庭建筑的深宽比较大时，尽管有烟囱效应的换气作用，中庭空间1内也常表现出温度分层现象，具体为高处高温、低处低温。为实现分层温控，同时节约能耗，喷嘴8以阵列形式排布，阵列中同一行的多个喷嘴8高度一致，每一行喷嘴8单独设有喷雾开关。例如，在夏日当中庭建筑的中上部温度过高，而中下部温度适宜时，可只开启中上部的喷雾开关。
参考图2，回风管路61包括连接于出风口24的第一回风管路611和第二回风管路612，出风口24的排风分为第一支流和第二支流，第一回风管路611引导第一支流进入除湿器62并形成干燥风，第二回风管路612引导第二支流与干燥风混合并进入进风口23。
图3空气状态图，横坐标为含湿量，纵坐标为温度，空气的初始状态点为W，经过蒸腾或蒸发降温后，空气经等焓降温过程h至C点。C点的高湿空气分为第一支流和第二支流，第一支流经第一回风管路611进入除湿器62，在除湿器62中，第一支流等温除湿到A点。A点的干燥风与第二支流中处于C点的高湿空气混合，混合后空气的状态点为O，O点的混合空气经室内升温过程ε至控制状态点N，依此循环。
为进一步加强分层温控，连接于同一回风管路61的进风口23和出风口24为一组回风口，内立面21沿高度方向设置多组回风口，各组回风口分别连接有一套回风管路61，多套回风管路61连接于同一除湿器。同一组回风口中的进风口23处于出风口24的下方。
具体的，液体干燥剂采用溴化锂溶液。干燥剂再生系统还包括连接在干燥剂循环管路71中的第一储液槽74、第一液泵75、第二储液槽76、第二液泵77以及冷却器78，沿液体干燥剂的流动方向，第一储液槽74、第一液泵75、太阳能集热器72、再生器73、第二储液槽76、第二液泵77以及冷却器78依次布置。再生器73内可通入空气，通过空气对流加快水分蒸发。
干燥剂循环管路71包括处于第一液泵75和太阳能集热器72之间的第一输液管道711，以及处于第二液泵77和冷却器78之间的第二输液管道712，干燥剂再生系统还包括换热器79，第一输液管道711内的液体干燥剂与第二输液管道712内的液体干燥剂在换热器79内换热。利用换热器79对进入太阳能集热器72的液体干燥剂预热，利用换热器79对进入冷却器78的液体干燥剂预冷，提高干燥剂再生效率。
分层温控系统还包括传感器和控制器，传感器检测中庭空间的温度信息和湿度信息，控制器根据温度信息和湿度信息开启或关闭除湿循环系统和喷雾系统。传感器为一体式温湿度传感器，在高度方向上传感器的位置靠近透光屋顶3。
本申请通过垂直绿化系统和喷雾系统产生的水雾能够隔绝太阳辐射，并通过蒸发冷却降低室内空气温度，调节室内微气候，有效改善中庭内部热环境，并使中庭呈现出更佳的美学效果。而太阳能驱动的干燥剂再生系统和除湿循环系统则能对室内高湿空气进行除湿，在充分利用可再生能源的同时，维持室内湿环境的稳定。通过控制送排风混合比和空气调节区域，可实现中庭内部热湿环境的分层控制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.中庭建筑的分层温控系统，所述中庭建筑具有中庭空间，并包括围绕所述中庭空间的多座建筑实体以及遮盖所述中庭空间的透光屋顶，所述建筑实体具有朝向所述中庭空间的内立面和背向所述中庭空间的外立面，其特征在于，所述内立面设有与所述中庭空间连通的进风口和出风口，所述分层温控系统包括：
垂直绿化系统，布置于所述建筑实体的内立面；
滴灌装置，包括雨水收集装置和滴灌管路，所述雨水收集装置安装于所述建筑实体的顶部，所述滴灌管路连接在所述雨水收集装置和所述垂直绿化系统之间；
除湿循环系统，包括回风管路和除湿器，所述回风管路连接在所述进风口和所述出风口之间，所述除湿器连接于所述回风管路，并存放有用于空气除湿的液体干燥剂；
干燥剂再生系统，包括与所述除湿器连接的干燥剂循环管路、安装于所述干燥剂循环管路中的太阳能集热器和再生器，所述太阳能集热器用于加热所述液体干燥剂，所述再生器供所述液体干燥剂蒸发再生。
2.根据权利要求1所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，还包括朝所述中庭空间内喷射水雾的喷雾系统，所述喷雾系统包括布置于所述垂直绿化系统的多个喷嘴。
3.根据权利要求2所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，相邻两喷嘴之间的距离为0.5m～2m。
4.根据权利要求2所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，所述喷嘴以阵列形式排布，所述阵列中同一行的多个喷嘴高度一致，每一行喷嘴单独设有喷雾开关。
5.根据权利要求1所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，所述回风管路包括连接于所述出风口的第一回风管路和第二回风管路，所述出风口的排风分为第一支流和第二支流，所述第一回风管路引导所述第一支流进入所述除湿器并形成干燥风，所述第二回风管路引导所述第二支流与所述干燥风混合并进入所述进风口。
6.根据权利要求1所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，连接于同一回风管路的所述进风口和所述出风口为一组回风口，所述内立面沿高度方向设置多组回风口，各组回风口分别连接有一套所述回风管路，多套回风管路连接于同一除湿器。
7.根据权利要求1所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，所述液体干燥剂采用溴化锂溶液。
8.根据权利要求1所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，所述干燥剂再生系统还包括连接在所述干燥剂循环管路中的第一储液槽、第一液泵、第二储液槽、第二液泵以及冷却器，沿所述液体干燥剂的流动方向，所述第一储液槽、所述第一液泵、所述太阳能集热器、所述再生器、所述第二储液槽、所述第二液泵以及所述冷却器依次布置。
9.根据权利要求8所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，所述干燥剂循环管路包括处于所述第一液泵和所述太阳能集热器之间的第一输液管道，以及处于所述第二液泵和所述冷却器之间的第二输液管道，所述干燥剂再生系统还包括换热器，所述第一输液管道内的液体干燥剂与所述第二输液管道内的液体干燥剂在所述换热器内换热。
10.根据权利要求2所述的中庭建筑的分层温控系统，其特征在于，还包括传感器和控制器，所述传感器检测所述中庭空间的温度信息和湿度信息，所述控制器根据所述温度信息和湿度信息开启或关闭所述除湿循环系统和所述喷雾系统。
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