CN115111785B - 一种节能通风的被动式住宅结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑设计技术领域，公开了一种节能通风的被动式住宅结构，所述被动式住宅结构由至少一个住宅单元及其附属结构组成，住宅单元的每层为一至四户并上下层对位，层高为2.8‑3米，一个或多个住宅单元组成一栋楼，在每栋楼内设有风井，在风井内设有水汽回收模块和加热模块，在楼屋面设有与加热模块相连通的太阳能集热模块，本发明通过对户型结构进行调整，使得每户都能进行南北通风，通过太阳能集热模块对风井内的空气进行加热形成烟囱效应，通过水汽回收模块进行水汽回收并送入地下室进行雾化降温，通过地热泵源对空气进行温度调节达到室内冬暖夏凉。

Description

一种节能通风的被动式住宅结构

技术领域

本发明属于建筑设计技术领域，具体涉及一种节能通风的被动式住宅结构。

背景技术

被动式超低能耗建筑是指适应气候特征和自然条件，通过被动式技术手段（如图1所示），采用保温隔热性能和气密性更好的围护结构，运用热回收技术，合理利用可再生能源，大幅度降低建筑供暖供冷需求，以更少的能源消耗提供更舒适室内环境的居住建筑，简称超低能耗居住建筑。

基于历史和地理的各种相关因素的影响，我们通常会把河南省分成五大地区：豫北、豫南、豫西、豫东和豫中。本文的地域范围为豫中地区，其中包括郑州市、许昌市、平顶山市和漯河市四个城市，豫中在地理上属于华北地区。

豫中地区气候特点：

华北地区一般指秦岭—淮河线以北，长城以南的地区，位于黄河中下游，西靠吕梁山，东临渤海，华北地区大部分属于温带季风气候，年平均气温一般在 8～13℃范围内，年降水量一般在400～1000mm 范围内，是典型的夏季高温多雨，冬季寒冷干燥地区，而且冬季多采用集中供暖，在建筑气候分区上属于Ⅱ区（寒冷地区）和Ⅲ区（夏热冬冷地区）。本文中的豫中寒冷地区是指《建筑气候区划标准》中的ⅡA 和ⅢC区。

豫中地区整体地势西南高东北低，自西向东呈阶梯状下降，按照我国建筑气候分区，豫中地区属于夏热冬冷地区和寒冷地区的过渡地带。该地区属温带大陆性季风气候，受季风影响四季分明，如图2所示是风吹入方向对室内空气流动的影响图，冬季较长且寒冷干燥，夏季炎热多雨。8 月份最热，月平均温度 25.9℃，1 月份最冷，月平均气温 2.15℃，年平均气温 15.6℃，年均日较差为 7～14℃；全年，日平均气温低于或等于 5℃的天数约占全年的 25%～40%，日平均气温高于或等于 35℃的天数约占全年的 22%；春冬季多为西北风，夏秋多为东北风；太阳辐射较强，年太阳总辐射照度 150～190w/㎡，年平均日照2322h。在我国建筑气候热工分区图中，豫中地区跨寒冷地区和夏热冬冷地区，郑州、许昌、漯河属于寒冷地区，平顶山属于夏热冬冷地区，因此，在建筑设计中，应充分考虑在过渡性气候区内，建筑夏季隔热与冬季保温的使用需求。

地温场又称地热场，它是指地壳内各层带某一瞬间的温度分布状况。变温带是指地壳最上部，主要受太阳辐射热影响，温度发生周期性变化的层带。可分为日变温带和年变温带。其中，日变温带深度仅1m～2m；年变温带深度可达15m～20m。

恒温带是指在变温带之下，太阳辐射热与地球内热相互作用达到平衡，温度常年不变的层带。恒温带一般很薄，恒温带的深度和温度在一定程度上反映一个地区的热状况和热历史，恒温带的温度接近当地年平均地面温度，比当地年平均气温高0.8～2℃。

增温带是指恒温带之下，主要受地球内热控制，温度随深度增加而增高的层带。增温带中温度随深度的变化率是用地温梯度或地温级来表征，以深度每增加100m地温增高的度数(℃/100m)或深度每增加lkm地温增高的度数(℃/km)来表示，经研究，从地面往下每深100m，温度大约增加2℃左右（如图3所示）。

豫中地区（郑州、许昌、漯河、平顶山）住宅建筑现状调研过程

调研前期，通过文献查阅和网络搜集，对豫中地区省辖市和地级市住宅建筑（小区）的现状、规模、区位和数量进行了归纳整理，按省辖市的行政区划范围划分，对既有住宅建筑（小区）调研对象的选择上，应该综合考虑住宅建筑（小区）所在地区的地形、地势、气候、降水等各方面因素。调研对单体住宅建筑（小区）的选择，需要充分考虑住宅建筑（小区）与周边环境的区位关系、周边场地功能属性、人口密度、交通状况、区域内住宅建筑（小区）数量及密度，并采取抽样的方式进行布点选择。

通过对豫中地区（郑州、许昌、漯河、平顶山）的布点调研的建筑使用者发放调查问卷，走访对象建筑，向建筑管理人员了解建筑的基本情况及采暖状况，并对布点调研的建筑设计资料进行查阅，了解建筑建设初期状况及使用情况；通过仪器测试对现有住宅建筑进行热工和通风测试，掌握了大量的建筑基本热工和通风参数，存在着不重视建筑场地规划设计、绿化及水体设计不合理、围护结构热工性能较差、室内空气热湿环境不舒适、过度利用机械设备等问题，能耗巨大，尤其是在自然通风方面问题比较突出，由于小户型多采用两梯多户的平面布局东西两端可实现南北通风，而中部户型由于走廊而无法实现南北通风，同时窗户较小，且户型结构不合理，受室内墙壁遮挡较严重，空气流通不畅，在夜晚通风效果差，在冬季保暖效果差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过对户型结构进行调整，使得每户都能进行南北通风，通过太阳能集热模块对风井内的空气进行加热形成烟囱效应，加大对室内空气的抽取力度，通过水汽回收模块对空气中的水汽进行回收并送入地下室和墙体上并随外界空气重新进入室内蒸发降温的节能通风被动式住宅结构。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种节能通风的被动式住宅结构，所述被动式住宅结构适用于小高层和高层；被动式住宅结构由至少一个住宅单元及其附属结构组成，住宅单元的每层为一至四户并上下层对位，层高为2.8-3米，一个或多个住宅单元组成一栋楼，在每栋楼内设有风井，在风井内设有水汽回收模块和加热模块，在楼屋面设有与加热模块相连通的太阳能集热模块，在每栋楼下设有地下室，地下室内设有三介质板式换热器，还包括与三介质板式换热器相连通的地下埋管。

优选的，住宅单元内的厨房呈U型设计并与客厅相连通，便于空气的流通，在厨房处设有厨房风井，厨房风井与楼屋面相连通，在厨房风井内靠近楼屋面端内设有与太阳能集热模块相连通的加热模块；在每栋楼屋面上设有与太阳能集热模块相连接的太阳能电池板，太阳能集热模块包括控制部件、集热器、保温水箱、支架、三通阀、循环泵和与加热模块相连通的连通管道，每栋楼屋面设有蓄水池，蓄水池内设有与太阳能电池板相连接的保温循环泵，住宅单元设置客卫或客卫和主卫，客卫和主卫靠外墙设置，在客卫和主卫靠外墙处设有卫生间风井，卫生间设有新风系统且出风口端设有三通阀，一端与卫生间风井相连通，一端与外界相连通。

优选的，卫生间风井内靠近楼屋面端设有与太阳能集热模块相连通的加热模块，在卫生间风井和厨房风井内靠近楼屋面端的管口在水平截面的面积逐渐减小，形成文丘里管，在卫生间风井和厨房风井内靠近楼屋面的管口处设有水汽回收模块，水汽回收模块包括桶状支撑环，在桶状支撑环内设有集水板，桶状支撑环轴线与水平面的倾角为锐角，在桶状支撑环上远离风井出口端沿轴线方向延伸有封闭状态的汇水槽，在汇水槽上设有与地下室相连通的回水管，楼梯通道与地下室相连通，集水板呈S曲板状，在集水板表面上等间距的设有亲水条，在亲水条上设有超亲水涂层，亲水条之间的区域设有超疏水导流槽。

优选的，每栋楼的南向外墙上设有墙体蓄热模块，墙体蓄热模块包裹的南向外墙上设有上风口和下风口，墙体蓄热模块包括与墙体相配合的相变材料层，在远离相变材料层2-5mm处设有与相变材料层平行布置的保温层，在远离保温层2-5mm处设有与保温层相平行的光伏板，在光伏板上设有光伏电池，保温层与光伏板之间的区域构成空气通道，在光伏板上靠近保温层端设有与蓄水池相连通的循环水管网，在远离光伏板1-3mm处设有保温玻璃，南向外墙的上风口和下风口处设有与太阳能电池板和光伏板相连接的空气阀，南向外墙的上风口和下风口水平面上在保温层上的投影处设有与太阳能电池板和光伏板相连接的空气阀，在保温层与南向外墙的连接处设有空气阀。

优选的，每栋楼的楼梯屋面设有钢化玻璃层，包括上钢化玻璃层和下钢化玻璃层，在上钢化玻璃层和下钢化玻璃层之间设有二氧化碳夹层，二氧化碳夹层外侧面为粗糙的表面，在下钢化玻璃层上设有至少一个与楼梯空气相连通的通孔，上钢化玻璃层伸出楼栋50-100mm，上钢化玻璃层与下钢化玻璃层之间的距离为5-20mm，下钢化玻璃层不伸出楼栋。

优选的，每栋楼屋面设有超高温太阳能集热器，超高温太阳能集热器与太阳能集热模块不连通，在楼屋面还设有通过高压管道与超高温太阳能集热器相连通的板式换热器，在高压管道上设有与太阳能电池板相连接的循环泵，在楼屋面还设有风电模块，风电模块与循环泵相连接，还设有与板式换热器相连接的温控模块，太阳能集热模块通过连通管道与风井的加热模块相连通，加热模块与风电模块和太阳能电池板相连接，在地下室内设有通过高压管道与板式换热器相连通的三介质板式换热器，在三介质板式换热器上设有温控模块，在高压管道上设有循环泵，还包括设在地下300-800m的地热埋管；还包括设在地面的进风模块，进风模块与埋设在地下恒温带的水平埋管连通，在水平埋管上设有三通阀门，三通阀门的一出口与每栋楼相连通，每栋楼内设有与三通阀门相连通的进风井，另一出口与三介质板式换热器相连通，三介质板式换热器上通过高压管道与地热埋管相连通，在高压管道上设有循环泵。

优选的，加热模块包括设在风井上的混凝土管道，在混凝土管道外侧面沿圆周设有蓄热板，蓄热板包括玻璃层，在玻璃层内设有两个相互平行的蓄热层，蓄热层与玻璃层之间的区域为温室气体层，在蓄热层之间的区域设有传热管，传热管内充满冷却剂，在混凝土管道内侧面沿圆周设有中空结构的透镜玻璃，透镜玻璃之间设有间隔为3-6mm的热胀冷缩间隙，在透镜玻璃上远离混凝土管道端设有球面状出风口；还包括呈环形排布的聚光阵列，聚光阵列的聚光中心在透镜玻璃上；在混凝土管道内设有与太阳能集热模块相连通的加热单元，在加热单元外侧面缠绕有呈螺旋状的传热管，加热单元包括至少一个同轴布置的散热环，散热环通过呈等角环形阵列的散热板相连通，在最外侧散热环上设有与太阳能集热模块相连通的热水进口，在最内侧散热环上设有热水出口，散热环内为中空的热水腔，散热板包括中空的热水腔，在散热板上侧面设有蓄热层，在散热板上远离蓄热层端设有与风电模块和太阳能电池板相连接的电加热层。

优选的，加热模块的混凝土管道的轴心线与楼屋面的夹角为35-55度，在混凝土管道内设有与进风井相连通的水汽回收模块，进风模块包括与水平埋管相连通的进风管，在进风管外侧面设有防尘罩，在防尘罩上设有栅格罩，在进风管内设有引风扇叶，在进风管上远离引风扇叶端设有立柱，在立柱上设有与引风扇叶相连接的风电模块和太阳能电池板。

优选的，进风井包括围护结构，在围护结构上靠近地面端设有维修口，在进风井内壁上设有攀爬梯，在进风井内设有与三通阀门相连通的送风管，送风管的出风口在远离地面端，在进风井内设有与住宅单元相连通的输送管，在输送管上设有与水汽回收模块相连通的消毒加湿模块，在围护结构内靠近消毒加湿模块处设有与风电模块和太阳能电池板相连接的电离模块。

优选的，三介质板式换热器包括大致呈立方体的保护壳，在保护壳右侧远离地面端设有与板式换热器相连通的高温进气口，在保护壳与高温进气口同侧面上靠近地面端设有与地热埋管相连通的低温地热进气口，在保护壳右侧下部还设有与水平埋管的三通阀门相连通的室外气体进气口；在保护壳左侧远离地面端设有与地热埋管相连通的高温地热出气口，在保护壳与高温地热出气口同侧面上靠近地面端设有与板式换热器相连通的低温出气口，在保护壳左侧上部还设有与水平埋管的三通阀门相连通的室外气体出气口；在保护壳内设有相互平行布置的高温散热板和地热散热板，在保护壳内设有与高温散热板和地热散热板相配合的固定模块，固定模块包括上固定框和下固定框，在上固定框内设有与高温散热板和地热散热板垂直的隔离板，隔离板将上固定框分割成与高温进气口相连通的高温进气腔和与高温地热出气口相连通的高温地热排气腔，高温进气腔与高温散热板的进气端相连通，高温地热排气腔与地热散热板出气端相连通；在下固定框内设有与高温散热板和地热散热板垂直的隔离板，隔离板将下固定框分割成与低温出气口相连通的低温出气腔和与低温地热进气口相连通的低温地热进气腔，低温出气腔与高温散热板的出气端相连通，低温地热进气腔与地热散热板进气端相连通；在高温散热板和地热散热板之间设有S状的散热片，还设有与高温散热板相垂直的翅片，在翅片上设有通孔。

可采取如下方式；

1、加强围护结构的保温效果；

加强围护结构的保温效果可以更好的隔离建筑室内环境与室外环境。

2、建筑遮阳

建筑遮阳是通过阻挡太阳光直射到室内，减少建筑的太阳辐射得热量，从而降低建筑室内温度，以提高建筑在夏季时的舒适度。华北地区的夏季室内温度偏高，一般要远高于热舒适区间的上限，因此减少建筑室内太阳辐射得热量，是降低室内温度非常有效的手段。

 3、自然通风

自然通风是利用自然风压、空气温差、空气密度差等对室内区域进行通风换气，进而提高室内空气质量和室内环境舒适度。

 4、被动式太阳得热

被动式太阳得热是指合理利用太阳能为室内提供热量，提升室内温度，而在热量的传送过程中不使用消耗能源的机械设备等，完全凭借热传导、热对流、热辐射等符合热力学第二定律的自然现象。

5、地热源

地源热泵技术通过利用地下岩土体中蕴含的低品位浅层热能，实现建筑冬季供热、夏季制冷，具有稳定高效、环境友好和适应广泛等诸多优点，是缓解化石能源紧张、解决环境治理问题的有效节能措施之一。

本发明对于现有技术，具有以下有益效果：本发明通过对建筑结构进行调整，增加多个通风风井，然后通过风井实现将室内空气排出室外的目的，通过在风井内安装与太阳能集热模块相连通的加热模块对管道内空气进行加热形成风井上下的压力差，在风井内形成烟囱效应，将室内空气通过风井抽出到室外，实现被动式通风的效果，节约能源，同时结合风井口处的水汽回收模块利用超亲水涂层和超疏水涂层的特性实现无动力的从空气中获取水分的目的，然后将获得的水分送入地下室中对地下室进行降温的目的，维持楼层下部为强气压源的目的，然后通过楼梯顶部的钢化玻璃层对顶部的空气进行加热降低楼梯顶部压力的目的，实现楼梯顶部低压的目的，在压力差的作用下实现将地下室温度较低的空气送入楼梯公共区域，实现建筑内部公共区域的被动式通风的目的，达到公共区域节能的目的，通过超高温太阳能集热器在夏季将热量通过三介质板式换热器传递到地下储存，在冬季时通过三介质板式换热器将热量传递到室内，实现节能的目的。

附图说明

图1是常用被动式节能技术示意图；

图2是风向入射角度在室内流动示意图；

图3是地温分带及其相互关系图；

图4是本发明设计思路示意简图；

图5是本发明被动式通风建筑示意简图；

图6是本发明住宅建筑单元楼屋面示意图；

图7是本发明被动式节能设备连接示意图；

图8是本发明地面进风模块示意图；

图9是本发明风机模块示意图；

图10是本发明地热泵源夏季工作示意图；

图11是本发明地热泵源冬季工作示意图；

图12是本发明的水汽回收模块示意图；

图13是本发明楼集水板意图；

图14是本发明钢化玻璃层示意图；

图15是本发明墙体蓄热模块示意图；

图16是本发明进风井示意图；

图17是本发明实施例三风井出口加热模块示意图；

图18是本发明实施例三风井出口加热模块剖面图；

图19是本发明实施例三风井出口蓄热板示意图；

图20是本发明实施例三风井出口加热单元示意图；

图21是本发明实施例三风井出口散热环示意图；

图22是本发明实施例三风井出口散热板示意图；

图23是本发明实施例四风井出口散热板示意图；

图24是本发明三介质板式换热器示意图；

图25是本发明三介质板式换热板示意图；

图26是本发明A设计被动式通风住宅结构示意图；

图27是本发明A设计单层被动式通风住宅结构示意图；

图28是本发明B设计被动式通风住宅结构示意图；

图29是本发明B设计单层被动式通风住宅结构示意图。

图中：太阳能集热模块1、加热模块2、聚光阵列201、混凝土管道202、蓄热板203、透镜玻璃204、出风口205、玻璃层206、温室气体层207、蓄热层208、传热管209、聚光加热单元210、散热板211、散热环212、热水进口213、热水腔214、电加热层215、太阳能电池板3、地下室4、水汽回收模块5、集水板6、亲水条601、超亲水涂层602、超疏水导流槽603、汇水槽7、钢化玻璃层9、上钢化玻璃层901、下钢化玻璃层903、二氧化碳夹层902、通孔904、蓄水池10、墙体蓄热模块11、相变材料层1101、保温层1102、光伏板1103、空气通道1104、循环水管网1105、保温玻璃1106、光伏电池1107、三介质板式换热器12、低温地热进气口1201、高温进气口1202、高温地热出气口1203、低温出气口1204、散热片1205、室外气体进气口1206、室外气体出气口1207、翅片1208、高温散热板1209、地热散热板1210、隔离板1211、高温进气腔1212、高温地热排气腔1213、低温出气腔1214、低温地热进气腔1215、地热埋管13、进风模块14、进风管1401、栅格罩1402、立柱1403、防尘罩1404、引风扇叶1405、循环泵15、板式换热器16、风电模块17、进风井18、输送管1801、围护结构1802、电离模块1803、送风管1804、消毒加湿模块1805、维修口1806、超高温太阳能集热器19。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，其中，图1是常用的被动式节能技术方案，然后结合豫中地区季风特点并根据图2建筑窗口朝向和风向的夹角与室内空气流动关系，并结合图3中地温分带与深度的关系，最后综合考虑上述因素来设计节能通风住宅结构，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图4- 6、图12-14和图26-图29所示的一种节能通风的被动式住宅结构，所述被动式住宅结构适用于小高层和高层；被动式住宅结构由至少一个住宅单元及其附属结构组成，住宅单元的每层为一至四户并上下层对位，层高为2.8-3米，一个或多个住宅单元组成一栋楼，在每栋楼内设有风井，在风井内设有水汽回收模块5和加热模块2，在楼屋面设有与加热模块2相连通的太阳能集热模块1，在每栋楼下设有地下室4，地下室4内设有三介质板式换热器12，还包括与三介质板式换热器12相连通的地下埋管13。

住宅单元内的厨房呈U型设计并与客厅相连通，便于空气的流通，在厨房处设有厨房风井，厨房风井与楼屋面相连通，在厨房风井内靠近楼屋面端内设有与太阳能集热模块1相连通的加热模块2。

每栋楼屋面上设有与太阳能集热模块1相连接的太阳能电池板3，太阳能集热模块1包括控制部件、集热器、保温水箱、支架、三通阀、循环泵和与加热模块2相连通的连通管道，每栋楼屋面设有蓄水池10，蓄水池10内设有与太阳能电池板相连接的保温循环泵。

住宅单元设置客卫或客卫和主卫，客卫和主卫靠外墙设置，在客卫和主卫靠外墙处设有卫生间风井，卫生间设有新风系统且出风口端设有三通阀，一端与卫生间风井相连通，一端与外界相连通。

卫生间风井内靠近楼屋面端设有与太阳能集热模块1相连通的加热模块2，在卫生间风井和厨房风井内靠近楼屋面端的管口在水平截面的面积逐渐减小，形成文丘里管，在卫生间风井和厨房风井内靠近楼屋面的管口处设有水汽回收模块5。

水汽回收模块5包括桶状支撑环，在桶状支撑环内设有集水板6，桶状支撑环轴线与水平面的倾角为锐角，在桶状支撑环上远离风井出口端沿轴线方向延伸有封闭状态的汇水槽7，在汇水槽7上设有与地下室4相连通的回水管8，楼梯通道与地下室4相连通。

集水板6呈S曲板状，在集水板6表面上等间距的设有亲水条601，在亲水条601上设有超亲水涂层602，亲水条601之间的区域设有超疏水导流槽603。

每栋楼的楼梯屋面设有钢化玻璃层9，包括上钢化玻璃层901和下钢化玻璃层903，在上钢化玻璃层901和下钢化玻璃层903之间设有二氧化碳夹层902，二氧化碳夹层902外侧面为粗糙的表面，在下钢化玻璃层903上设有至少一个与楼梯空气相连通的通孔904，上钢化玻璃层901伸出楼栋50-100mm，上钢化玻璃层901与下钢化玻璃层903之间的距离为5-20mm，下钢化玻璃层903不伸出楼栋。

在一种实施方式中，在夏季白天，通过太阳能集热模块1和太阳能电池板3将太阳能转为热能和电能，太阳能集热模块1将水进行加热然后通过连通管道将加热后的热水送入加热模块2中，加热模块2安装在卫生间风井和厨房风井内对风井内的空气进行加热，加热后的空气体积膨胀，内能升高，压强减小，空气向上运动到风井口处并排出建筑，由于卫生间风井和厨房风井内的空气压强减小，室内的空气压强较大，室内的空气进入卫生间风井和厨房风井中向上运动，由此形成烟囱效应，同时风井位于卫生间和厨房，室内的空气从其他房间先进入卫生间和厨房中，然后再进入风井中，有利于保持室内环境的洁净，防止细菌的扩散，室内其他房间的空气被抽走后压强降低，外界的空气通过窗户进入室内，为室内补充新空气，实现室内的被动式通风，由于厨房与客厅相连通，客厅内的空气从南部阳台处进入室内经过阳台的换热后截留一部分热量，降低了温度，然后空气经过客厅进入厨房中，实现自然通风，卧室的空气则主要通过卫生间风井排出室外，各个楼层的室内空气经过卫生间风井和厨房风井内抽出后在经过风井口排出时经过水汽回收模块5，水汽回收模块5的集水板6上的亲水条601具有较强的吸水能力，可以将水从空气中吸附出来，并逐渐汇集成水滴，随着水滴的增大掉落在超疏水导流槽603中，由于超疏水导流槽 603的疏水性将水滴汇集起来并沿汇水槽7进入回水管8中，回水管8与地下室4相连通，回水管8末端安装有雾化喷嘴能将水以雾化的形式喷洒到地下室中，使得地下室维持在较低的温度形成有效的高压区，在每栋楼屋面部的钢化玻璃层9内的二氧化碳夹层902在太阳的作用下升温，由于二氧化碳的吸热属性，二氧化碳夹层902的温度很快上升并与周围空气发生热交换，并形成低压区，地下室4是高压区空气从地下室向钢化玻璃层9运动，形成烟囱效应，并将地下室4内温度较低的空气带入整个楼梯空间中，降低住宅建筑内的温度，降低公共区域内的降温能耗，节约能源；

在冬季时，卫生间风井和厨房风井内的加热模块2正常工作，防止管道破裂，安装在卫生间处的新风系统将三通阀拨向与外界相通，通过太阳能电池板3带动新风系统工作，在冬季可通过厨房门将起居室与厨房隔开，减少起居室与厨房的空气流动，水汽回收模块5回收的水分送入蓄水池10中，在钢化玻璃层9内设有与太阳能集热模块1相连通的散热管，外界的气压高通过钢化玻璃层9进入二氧化碳夹层902周围的空气被加热，然后通过散热管继续加热，经过加热后的空气进入楼梯间，对上层楼梯区域进行加热。

实施例二

如图15所示，一种节能通风的被动式住宅结构，每栋楼的南向外墙上设有墙体蓄热模块11，墙体蓄热模块11包裹的南向外墙上设有上风口和下风口，墙体蓄热模块11包括与墙体相配合的相变材料层1101，在远离相变材料层2-5mm处设有与相变材料层平行布置的保温层1102，在远离保温层11022-5mm处设有与保温层1102相平行的光伏板1103，在光伏板1103上设有光伏电池1107，保温层1102与光伏板1103之间的区域构成空气通道1104，在光伏板1103上靠近保温层1102端设有与蓄水池10相连通的循环水管网1105，在远离光伏板11021-3mm处设有保温玻璃1106。

南向外墙的上风口和下风口处设有与太阳能电池板3和光伏板1103相连接的空气阀，南向外墙的上风口和下风口水平面上在保温层1102上的投影处设有与太阳能电池板3和光伏板1103相连接的空气阀，在保温层1102与南向外墙的连接处设有空气阀。

在夏季白天，所有风口的空气阀均关闭，保温循环泵开启以驱动循环水路与墙体蓄热模块11内的空气通道1104换热。降低空气通道1104温度的同时，对蓄水池10的水进行加热，空气通道1104温度降低不仅有利于夏季建筑冷负荷的降低，也有利于光伏电池的髙效率发电，空气通道1104在夏季可以进一步隔绝建筑南向外墙的换热并增加南向外墙的蓄热性能，使得白天建筑得热进一步降低。

在夏季夜间水路循环停止工作，保温层1102将空气通道1104分割为内流道和外流道，内流道的空气阀开启，而保温层1102与室内侧的空气阀均关闭，此时外界环境空气进入内流道与相变材料层1101换热，相变材料层1101白天储存的热量，夜晚由空气循环流动带出，使得建筑全天的得热量进一步降低，夜晚可以通过温度较低的外界空气与相变材料层1101及南向外墙换热，降低室内的冷负荷。

在冬季白天通过光伏板1103被动采暖模式，保温层1102上下风口及室内侧上下风口的空气阀开启，内流道上下风口的空气阀关闭，依然利用热虹吸效应引起的热空气流动，分别加热外流道、内流道、相变材料层1101及建筑室内热环境。

在冬季夜晚时，在保温层1102与光伏板1103之间设有电加热模块，通过光伏板1103白天储存的电能进行工作发热，内流道风口及保温层1102风口空气阀关闭，室内侧风口的空气阀可选择性地开启或关闭，开启风口可以促进内流道空气循环，加速相变材料层1101的潜热释放，而关闭风口可以增加墙体蓄热模块11热防护性能从而减少建筑总体在冬季夜晚的热损失，其余设置与步骤实施例1相同。

实施例三

如图4-7和图17-22所示的一种节能通风的被动式住宅结构，与实施例二相比，每栋楼屋面设有超高温太阳能集热器19，超高温太阳能集热器19与太阳能集热模块1不连通，在楼屋面还设有通过高压管道与超高温太阳能集热器19相连通的板式换热器16，在高压管道上设有与太阳能电池板3相连接的循环泵15，在楼屋面还设有风电模块17，风电模块17与循环泵15相连接，还设有与板式换热器16相连接的温控模块，太阳能集热模块1通过连通管道与风井的加热模块2相连通，加热模块2与风电模块17和太阳能电池板3相连接，在地下室4内设有通过高压管道与板式换热器16相连通的三介质板式换热器12，在三介质板式换热器12上设有温控模块，在高压管道上设有循环泵15，还包括设在地下300-800m的地热埋管13；还包括设在地面的进风模块14，进风模块14与埋设在地下恒温带的水平埋管连通，在水平埋管上设有三通阀门，三通阀门的一出口与每栋楼相连通，每栋楼内设有与三通阀门相连通的进风井18，另一出口与三介质板式换热器12相连通，三介质板式换热器12上通过高压管道与地热埋管13相连通，在高压管道上设有循环泵15。

加热模块2包括设在风井上的混凝土管道202，在混凝土管道202外侧面沿圆周设有蓄热板203，蓄热板203包括玻璃层206，在玻璃层206内设有两个相互平行的蓄热层208，蓄热层208与玻璃层206之间的区域为温室气体层207，在蓄热层208之间的区域设有传热管209，传热管209内充满冷却剂，在混凝土管道202内侧面沿圆周设有中空结构的透镜玻璃204，透镜玻璃204之间设有间隔为3-6mm的热胀冷缩间隙，在透镜玻璃204上远离混凝土管道202端设有球面状出风口205；还包括呈环形排布的聚光阵列201，聚光阵列201的聚光中心在透镜玻璃204上；在混凝土管道202内设有与太阳能集热模块1相连通的加热单元210，在加热单元210外侧面缠绕有呈螺旋状的传热管209，加热单元210包括至少一个同轴布置的散热环212，散热环212通过呈等角环形阵列的散热板211相连通，在最外侧散热环212上设有与太阳能集热模块1相连通的热水进口213，在最内侧散热环212上设有热水出口，散热环212内为中空的热水腔214，散热板211包括中空的热水腔214，在散热板211上侧面设有蓄热层208，在散热板211上远离蓄热层208端设有与风电模块17和太阳能电池板3相连接的电加热层215，在加热模块2的混凝土管道202内侧面设有与风电模块17相连接的高频电磁机构。

在一种实施方式中，在夏季白天，通过太阳能电池板3和风电模块17将太阳能和风能转化为电能储存起来并为温控模块、循环泵15和加热模块2供电，太阳能集热模块1通过太阳能将水进行加热然后通过循环泵15进入加热单元210的散热环212和散热板211中对散热板211之间的空气进行加热，在聚光阵列201的作用下将太阳光汇聚到透镜玻璃204上，在透镜玻璃204内设有呈螺旋状的散热套环，散热套环上设有光热涂层，在透镜玻璃204作用下将太阳光照射到散热套环上通过光热涂层将光吸收并发热，对周围的空气进行加热，同时设在混凝土管道202上的蓄热板203通过温室气体层207将热量保存，通过传热管209中的冷却剂在热力学定律的作用下自动将温度较高处的热量传送到蓄热层208处，在温室气体层207内的蓄热层208将热量储存起来，风井内的空气加热向上运动，从出风口205排出，温度较低的空气通过窗户或进风模块14经通风经进入室内，实现被动式通风的目的；

在夏季晚上或阴天，由于没有日照，太阳能辐射减弱，太阳能集热模块1不能再对水进行加热，风井的烟囱效应减弱甚至为零，同时太阳辐射本身的波动也会导致风井的烟囱效应运行的不稳定性，但是建筑的混凝土在白天吸收热量到晚上会缓慢释放热量，混凝土管道202内的空气利用混凝土余热进行加热依然可维持1-2小时左右，在混凝土管道202余热释放的同时蓄热板203的蓄热层208释放热量，在热力学第二定律的作用下热量自动通过传热管209传输到散热环212上进行散热，同时设在散热板211上的蓄热层208也释放热量对风井内的空气进行加热，维持太阳能烟囱所需要的条件，当蓄热层208热量释放完之后可通过风电模块17为电加热层215通电，风井内的空气进行加热，同时由于出风口205呈开口朝下的球面，根据伯努利方程，风吹过球面时经过的路径加长，风速加快，降低了气压，便于维持烟囱效应，实现在夜晚或阴天室内被动式通风的目的，降低建筑能耗的同时引入自然风，使得室内有害空气得到有效疏散，提高生活品质；

在冬季由于保暖需要不需要对室内进行通风，将风井与室内的管道阀门关闭，减少室内热量的耗散，同时通过保温循环泵将太阳能集热模块1中的水抽出，利用蓄热板203将热量进行储存，在夜间缓慢释放，维持风井内稍高的温度保护加热单元210，其余设置与操作与实施例2相同。

实施例四

如图8-11、图16和图23-25所示的一种节能通风的被动式住宅结构，与实施例三相比，加热模块2的混凝土管道202的轴心线与楼屋面的夹角为35-55度，在混凝土管道202内设有与进风井相连通的水汽回收模块5，进风模块14包括与水平埋管相连通的进风管1401，在进风管1401外侧面设有防尘罩1404，在防尘罩1404上设有栅格罩1402，在进风管1401内设有引风扇叶1405，在进风管1401上远离引风扇叶1405端设有立柱1403，在立柱1403上设有与引风扇叶1405相连接的风电模块17和太阳能电池板3。

进风井18包括围护结构1802，在围护结构1802上靠近地面端设有维修口1806，在进风井18内壁上设有攀爬梯，在进风井18内设有与三通阀门相连通的送风管1804，送风管1804的出风口在远离地面端，在进风井18内设有与住宅单元相连通的输送管1801，在输送管1801上设有与水汽回收模块5相连通的消毒加湿模块1805，在围护结构1802内靠近消毒加湿模块1805处设有与风电模块17和太阳能电池板3相连接的电离模块1803。

三介质板式换热器12包括大致呈立方体的保护壳，在保护壳右侧远离地面端设有与板式换热器16相连通的高温进气口1202，在保护壳与高温进气口1202同侧面上靠近地面端设有与地热埋管13相连通的低温地热进气口1201，在保护壳右侧下部还设有与水平埋管的三通阀门相连通的室外气体进气口1206；在保护壳左侧远离地面端设有与地热埋管13相连通的高温地热出气口1203，在保护壳与高温地热出气口1203同侧面上靠近地面端设有与板式换热器16相连通的低温出气口1204，在保护壳左侧上部还设有与水平埋管的三通阀门相连通的室外气体出气口1207；在保护壳内设有相互平行布置的高温散热板1209和地热散热板1210，在保护壳内设有与高温散热板1209和地热散热板1210相配合的固定模块，固定模块包括上固定框和下固定框，在上固定框内设有与高温散热板1209和地热散热板1210垂直的隔离板1211，隔离板1211将上固定框分割成与高温进气口1202相连通的高温进气腔1212和与高温地热出气口1203相连通的高温地热排气腔1213，高温进气腔1212与高温散热板1209的进气端相连通，高温地热排气腔1213与地热散热板1210出气端相连通；在下固定框内设有与高温散热板1209和地热散热板1210垂直的隔离板1211，隔离板1211将下固定框分割成与低温出气口1204相连通的低温出气腔1214和与低温地热进气口1201相连通的低温地热进气腔1215，低温出气腔1214与高温散热板1209的出气端相连通，低温地热进气腔1215与地热散热板1210进气端相连通；在高温散热板1209和地热散热板1210之间设有S状的散热片1205，还设有与高温散热板1209相垂直的翅片1208，在翅片1208上设有通孔。

在一种实施方式中，在夏季，通过太阳能集热模块1和聚光阵列201对风井内的空气进行加热形成烟囱效应，依靠温度差和压力差造成空气流动，实现自然通风，同时烟囱效应受地域气候条件的影响，经过模拟分析得出在东经113度左右，北纬34左右地区，风井的出风段倾角为40-45度之间时气流最大；进风模块14内的引风扇叶1405与风电模块17和太阳能电池板3相连接并工作，引风扇叶1405将空气通过进风管1401进入水平埋管中，由于水平埋管安装在地下恒温层，豫中地区年平均气温为15.6摄氏度，所以豫中地区的地下恒温层温度在16.4-17.4摄氏度之间，同时土壤的比热容比空气的比热容大得多，所以土壤的温度变化幅度很小，热空气经过水平埋管后降温后进入进风井18中，冷空气通过送风管1804在送风井18上部进入送风井18中然后通过消毒加湿模块1805过滤后经过输送管1801进入室内，与室内空气混合降低室内温度，减少空调工作时长，降低能耗，同时通过超高温太阳能集热器19将内部工质加热到800-1000摄氏度之间，然后通过板式换热器16进行热量交换，将冷却剂加热到300-800摄氏度，然后通过循环泵15将冷却剂气体送入三介质板式换热器12中，此时水平埋管通过三通阀门将与三介质板式换热器12连通的管道关闭，高温的气体冷却剂通过高温进气口1202进入高温散热板1209中与通过循环泵15将地热埋管13的气体换热剂通过低温地热进气口1201进入地热散热板1210中进行换热，换热后的气体换热剂通过高温地热出气口1203送入地热埋管13中将热量储存在地下升温层中；

在冬季，水平埋管通过三通阀门将与三介质板式换热器12连通的管道开启，与送风管1804相连通的阀门关闭，进风模块14内的引风扇叶1405将冷空气通过进风管1401引入水平埋管中，冷空气经过水平埋管后升温后通过室外气体进气口1206进入三介质板式换热器12，然后通过循环泵15将冷却剂气体送入三介质板式换热器12中，高温的气体换热剂通过高温地热出气口1203进入地热散热板1210中，室外气体通过散热片1205和翅片1208与高温的气体换热剂进行热交换然后通过室外气体出气口1207排出热空气，热空气通过送风管1804在送风井18上部进入送风井18中然后通过消毒加湿模块1805过滤后经过输送管1801进入室内，或通过设在送风井18内的引风扇叶1405将加热后的空气与室内空气混合升高室内温度，引风扇叶1405通过副送风管与送风管1804相连通，通过阀门与消毒加湿模块1805相连通，减少供暖时长和供暖温度，降低能耗，其余设置与操作与实施例3相同。

以上仅为本发明的优选实施例而已，只为说明本发明的方案及效果，不能被认为用于限定本发明的实施范围，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述被动式住宅结构由至少一个住宅单元及其附属结构组成，住宅单元的每层为一至四户并上下层对位，层高为2.8-3米，一个或多个住宅单元组成一栋楼，在每栋楼内设有风井，在风井内设有水汽回收模块和加热模块，在楼屋面设有与加热模块相连通的太阳能集热模块，在每栋楼下设有地下室，地下室内设有三介质板式换热器，还包括与三介质板式换热器相连通的地下埋管；所述风井包括厨房风井和卫生间风井，在风井内靠近楼屋面端设有与太阳能集热模块相连通的加热模块，在每栋楼屋面设有与太阳能集热模块相连接的太阳能电池板，在每栋楼屋面设有通过保温循环泵与太阳能电池板相连接的蓄水池，在卫生间处设有新风系统且出风口端设有三通阀；所述风井内在靠近楼屋面端设有水汽回收模块，水汽回收模块包括桶状支撑环，在桶状支撑环内设有集水板，桶状支撑环轴线与水平面的倾角为锐角，在桶状支撑环上远离风井出口端沿轴线方向延伸有封闭状态的汇水槽，在汇水槽上设有与地下室相连通的回水管，楼梯通道与地下室相连通，集水板呈S曲板状，在集水板表面上等间距的设有亲水条，在亲水条上设有超亲水涂层，亲水条之间的区域构成超疏水导流槽。

2.根据权利要求1所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述每栋楼的南向外墙上设有墙体蓄热模块，墙体蓄热模块包裹的南向外墙上设有上风口和下风口，包括与墙体相配合的相变材料层，还包括等间距依次排列的保温层、光伏板和保温玻璃，在光伏板上设有光伏电池，保温层与光伏板之间的区域构成空气通道，在光伏板上靠近保温层端设有与蓄水池相连通的循环水管网，南向外墙的上风口和下风口处设有与太阳能电池板和光伏板相连接的空气阀，在保温层上设有与太阳能电池板和光伏板相连接的空气阀，在保温层与南向外墙的连接处设有空气阀。

3.根据权利要求2所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述每栋楼的楼梯屋面设有钢化玻璃层，包括上钢化玻璃层和下钢化玻璃层，在上钢化玻璃层和下钢化玻璃层之间设有二氧化碳夹层，二氧化碳夹层外侧面为粗糙的表面，在下钢化玻璃层上设有至少一个与楼梯空气相连通的通孔，上钢化玻璃层伸出楼栋50-100mm，上钢化玻璃层与下钢化玻璃层之间的距离为5-20mm。

4.根据权利要求3所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述每栋楼屋面设有超高温太阳能集热器，在楼屋面还设有通过高压管道相连通的板式换热器，在高压管道上设有循环泵，在楼屋面还设有与循环泵相连接的风电模块，还设有与板式换热器相连接的温控模块，太阳能集热模块通过连通管道与风井的加热模块相连通，加热模块与风电模块和太阳能电池板相连接，在地下室内设有通过高压管道与板式换热器相连通的三介质板式换热器，在三介质板式换热器上设有温控模块，还包括设在地下300-800m的地热埋管；还包括设在地面的进风模块，进风模块与埋设在地下恒温带的水平埋管连通，在水平埋管上设有三通阀门，三通阀门的一出口与每栋楼相连通，每栋楼内设有与三通阀门相连通的进风井，另一出口与三介质板式换热器相连通，三介质板式换热器上通过高压管道与地热埋管相连通。

5.根据权利要求4所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述加热模块包括设在风井上的混凝土管道，在混凝土管道外侧面沿圆周设有蓄热板，蓄热板包括玻璃层，在玻璃层内设有两个相互平行的蓄热层，蓄热层与玻璃层之间的区域为温室气体层，在蓄热层之间的区域设有传热管，传热管内充满冷却剂，在混凝土管道内侧面沿圆周设有中空结构的透镜玻璃，透镜玻璃之间设有间隔为3-6mm的热胀冷缩间隙，在透镜玻璃上远离混凝土管道端设有球面状出风口；还包括呈环形排布的聚光阵列，聚光阵列的聚光中心在透镜玻璃上。

6.根据权利要求5所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述混凝土管道内设有与太阳能集热模块相连通的加热单元，在加热单元外侧面缠绕有呈螺旋状的传热管，加热单元包括至少一个同轴布置的散热环，散热环通过呈等角环形阵列的散热板相连通，在最外侧散热环上设有与太阳能集热模块相连通的热水进口，在最内侧散热环上设有热水出口，散热环内为中空的热水腔，散热板包括中空的热水腔，在散热板上侧面设有蓄热层，在散热板上远离蓄热层端设有与风电模块和太阳能电池板相连接的电加热层。

7.根据权利要求6所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述加热模块的混凝土管道的轴心线与楼屋面的夹角为35-55度，进风模块包括与水平埋管相连通的进风管，在进风管外侧面设有防尘罩，在防尘罩上设有栅格罩，在进风管内设有引风扇叶，在进风管上远离引风扇叶端设有立柱，在立柱上设有与引风扇叶相连接的风电模块和太阳能电池板。

8.根据权利要求7所述节能通风的被动式住宅结构，其特征在于：所述进风井包括围护结构，在围护结构上靠近地面端设有维修口，在进风井内壁上设有攀爬梯，在进风井内设有与三通阀门相连通的送风管，送风管的出风口在远离地面端，在进风井内设有与住宅单元相连通的输送管，在输送管上设有与水汽回收模块相连通的消毒加湿模块，在围护结构内靠近消毒加湿模块处设有与风电模块和太阳能电池板相连接的电离模块。

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