一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统及其耦合方法

摘要

本发明公开了一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统，包括进风管道、输气管道、中央管道、出风管道、吹送单元；进风管道设置于建筑外部；输气管道埋设于地下且水平铺设，输气管道一端与进气管道相连通，输气管道另一端与中央管道相连通；中央管道设置于建筑桩之中且顺着建筑桩的钢筋网螺旋环绕至其底部后垂直向上穿过承台延伸至建筑内部；吹送单元设置于建筑内部，吹送单元的一接口上设有空气出风口，吹送单元的另一接口通过出风管道与中央管道位于建筑内部的一端连通。该系统利用建筑桩结构中现成的地下空间来铺设中央管道，很好地解决了工程耗资过高的问题并有效地提升了地热通风系统的运行效率，为地热通风系统技术的应用提供了新思路。

说明书

技术领域

本发明涉及管道通风技术领域，尤其涉及一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统及其耦合方法。

背景技术

在普通楼宇中，诸如学校教室、公司办公楼、商场和住房等建筑，为了改善密闭房屋内的通风质量，通常设置有通风系统。传统房屋的取暖、制冷系统以及新风系统等通风系统需要消耗较高的能源和费用，而地热通风系统具有低成本、无污染、经济可行和普遍适用等特点，广泛赢得了世界上的青睐，也充分符合国家节能减排和环境保护的可持续发展政策需要，其利用地球浅层地热资源对自然空气进行简单的热传递实现气体的升温和降温。

具体的，现有的地热通风系统主要是在建筑旁人工开挖出浅层的地下空间，以水平或竖直的方式埋设地埋管，在建筑背阴处或者地下室设置有管道的进气口与离心风机相连，管道的出气口直接与建筑接触，通入建筑内部，由此来实现室内外的通风换气。

在夏季，通入的新鲜热空气经过温度较低的土壤进行热交换能够使空气的温度降低，再进入建筑内部，达到通风和制冷的效果；在冬季，通入的新鲜冷空气经过温度较高土壤的热交换能够使空气的温度升高，再通入室内，达到通风和制热的效果。因此，现有的地热通风系统能够提供给人体感到舒适的温度，营造一种相对舒适的居住环境，在一定程度上降低了能耗，达到建筑节能的目的。

但现有的地热通风系统在使用中存在一些局限性。首先，地热通风系统需要在地下开挖出大量的地下空间，而地下空间的开挖工程量较大，需要耗费大量的人力和物力，工程耗资较高，达不到建筑节能的目的。其次，在某些建筑场地，地埋管的摆放方式受场地和空间的限制埋深过浅导致系统的换热效率达不到理想的效果，所以传统的地热通风系统在建设使用上仍具有较大的限制性。

因此，需要对现有的地热通风系统进行改进来解决其应用过程中存在的问题。目前，国内已有一些同地下建筑结构耦合的地热通风系统相关专利，例如：“一种利用太阳能和地热能的被动式通风系统”，公开号：CN111609501A；“一种新型地埋式管道通风装置”，公开号：CN209819793U；“一种地埋管道通风装置”，公开号：CN208025735U；“地埋管道通风系统”，公开号：CN203907879U；“一种地埋管道通风系统”，公开号：CN204421233U；“地埋管辅助中厅自然通风系统”，公开号：CN204202085U；“一种带有地下通风管的儿童设施”，公开号：CN211562232U；“地埋管式节能换气系统”，公开号：CN204084730U。

以上的所有专利虽然基于通风系统运行效率和地埋管道设计优化等方面的考虑，对地热通风系统进行了技术创新，但并没有很好的解决因地埋管埋深较浅致使整个通风系统运行效率达不到理想值以及需要耗费大量的资金来开挖出地下空间埋设地埋管的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统及其耦合方法，该系统利用建筑桩结构中现成的地下空间来铺设中央管道，很好地解决了工程耗资过高的问题并有效地提升了地热通风系统的运行效率，为地热通风系统技术的应用提供了新思路。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统及其耦合方法，其中，耦合于地下建筑结构的地热通风系统包括进风管道、输气管道、中央管道、出风管道、吹送单元；所述进风管道设置于建筑外部；所述输气管道埋设于地下且水平铺设，输气管道一端与进气管道相连通，输气管道另一端与中央管道相连通；所述中央管道设置于建筑桩之中且顺着建筑桩的钢筋网螺旋环绕至其底部后垂直向上穿过承台延伸至建筑内部；所述吹送单元设置于建筑内部，吹送单元的一接口上设有空气出风口，吹送单元的另一接口通过出风管道与中央管道位于建筑内部的一端连通。

进一步的，所述进风管道的进风口上设有防雨挡罩。

进一步的，所述输气管道埋设后距离地表2-4m。

进一步的，所述输气管道上设有排水装置。

进一步的，所述排水装置为三通接头，其上两接头与输气管道相连接且两者的口径相，其上另一接头与土壤相相接触且与土壤接触的接头的口径小于与输气管道相连接的接头的口径。

进一步的，所述进风管道与输气管道连接处以及中央管道与出风管道连接处均设有除湿装置。

进一步的，所述除湿装置为两侧开孔的玻璃箱，玻璃箱内部设有干燥剂。

进一步的，所述吹送单元为鼓风机。

进一步的，所述吹送单元的进风口处设有防护网。

其中，地热通风系统耦合于地下建筑结构的方法，包括如下步骤：

S1、开凿建筑桩的桩井，同时制作建筑桩的钢筋网，将中央管道顺着建筑桩的钢筋网螺旋环绕至其底部后垂直向上拉至其顶部；

S2、桩井开凿完毕后，将制作完毕的钢筋网吊装至桩井中；

S3、向桩井中注入混凝土，混凝土干透后形成建筑桩，中央管道耦合于建筑桩之中；

S4、浇筑承台、建筑，安置进风管道、输气管道、出风管道、吹送单元，并使中央管道一端延伸至建筑内部与出风管道相连通，另一端延伸至地下与输气管道相连通。

本发明的有益效果为：

1、本发明利依据“利用建筑桩现成的地下空间”的设计理念，利用建筑桩结构中现成的地下空间来铺设中央管道，很好地解决了工程耗资过高的问题并有效地提升了地热通风系统的运行效率，为地热通风系统技术的应用提供了新思路；

2、中央管道采用螺旋式布置方式，增加了其有效接触面积，可以使热交换进行的更加充分，这样会大大的提高系统的工作性能；

3、该地热通风系统中，建筑室内和室外均增设了干燥装置，使得进入建筑内部的空气湿度得到了有效控制，不但节能环保，而且有效提高了建筑内部的空气质量，进而提高建筑内部环境的舒适度。

附图说明

附图1为本发明地热通风系统的连接结构示意图；

附图2为本发明除湿装置的结构示意图。

标注说明：1、进风管道，2、输气管道，3、中央管道，4、出风管道，5、吹送单元，6、建筑桩，7、防雨挡罩，8、除湿装置，9、排水装置，10、承台，11、玻璃箱，12、干燥剂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-2所示，一种耦合于地下建筑结构的地热通风系统，包括进风管道1、输气管道2、中央管道3、出风管道4、吹送单元5。进风管道1设置于建筑外部，进风管道1的进风口上设有防雨挡罩7。输气管道2埋设于地下且水平铺设，输气管道2埋设后距离地表2-4m，不同地区地下埋管深度可根据实际情况来选择，输气管道2一端与进气管道1相连通，输气管道2另一端与中央管道3相连通，输气管道2一般选用PE管，口径可选用40mm。中央管道3设置于建筑桩6之中且顺着建筑桩6的钢筋网螺旋环绕至其底部后垂直向上穿过承台10延伸至建筑内部，中央管道3一般选用PE管，建筑桩6为钢筋混凝土灌注桩。吹送单元5设置于建筑内部，作为地热通风系统的动力系统，吹送单元5的一接口上设有空气出风口，吹送单元5的另一接口通过出风管道4与中央管道3位于建筑内部的一端连通。输气管道2和中央管道3均采用PE管，PE管本身的传热性能要高于一般的换热管道。

上述技术方案，吹送单元5为鼓风机，一般采用大流量、低转速、噪音小的离心鼓风机或小型鼓风机。吹送单元5的进风口处设有防护网，增加防护网后，可以杜绝小生物损坏设备或污染空气。

作为优选的，输气管道2上设有排水装置9。具体的，排水装置9为三通接头，其上两接头与输气管道2相连接且两者的口径相，其上另一接头与土壤相相接触且与土壤接触的接头的口径小于与输气管道2相连接的接头的口径，而且与土壤接触的接头的口径应当选小于与输气管道2相连接的接头的口径。排水装置9与土壤接触的接头用于排出由于降雨天气可能进入进风管道1中的少量水。

作为优选的，进风管道1与输气管道2连接处以及中央管道3与出风管道4连接处均设有除湿装置8，分别为室外除湿箱和室内除湿箱。除湿装置8为两侧开孔的玻璃箱11，尺寸可设计为30cm×30cm×30cm，密闭性必须良好，玻璃箱11内部设有干燥剂12，干燥剂12可选用蒙脱石干燥剂。除湿装置8用于吸收空气中的水蒸气，为地热通风系统营造一个干燥的运行环境。

具体的，该地热通风系统的工作过程如下：建筑外部环境中的新鲜空气由吹送单元5的动力作用进入进风管道1，向下输送至室外除湿箱对空气进行除湿，减少进入输气管道2中的水蒸气，除湿后的空气进入输气管道2，与周围土壤进行第一次热交换作用，继而向右继续运输通过排水装置9，若有少量水通过则会由排水装置9排出，新鲜空气通过承台10进入建筑桩6中的螺旋状中央管道3，发生第二次热交换作用而形成出冷空气或热空气，最终顺着竖直中央管道3垂直向上穿过承台10进入室内除湿箱，室内除湿箱对空气进行二次除湿，再通过吹送单元5排出至建筑内部。

该结构的地热通风系统，不仅改善室内通风的质量，同时还充分利用了一般建筑桩6现成的地下空间和土壤资源，大大节约了工程投资、空调等机械的能耗，并改善了室内环境温度，提高了室内环境的舒适度。

其中，地热通风系统耦合于地下建筑结构的方法，包括如下步骤：

S1、开凿建筑桩6的桩井，同时制作建筑桩6的钢筋网，将中央管道3顺着建筑桩6的钢筋网螺旋环绕至其底部后垂直向上拉至其顶部；

S2、桩井开凿完毕后，将制作完毕的钢筋网吊装至桩井中；

S3、向桩井中注入混凝土，混凝土干透后形成建筑桩6，中央管道3耦合于建筑桩6之中，此步骤中需要保证中央管道3的两端在建筑桩6之外均具有足够的长度，使中央管道3的两端能够分别与输气管道2、出风管道4相连通；

S4、浇筑承台10、建筑，安置进风管道1、输气管道2、出风管道4、吹送单元5，并使中央管道3一端延伸至建筑内部与出风管道4相连通，另一端延伸至地下与输气管道2相连通。

本发明提出了以建筑桩6内部现成的地下空间作为中央管道3的铺设空间，由于混凝土比一般土壤具有更大的热容，能够有效的储存热量并提高换热的效率；中央管道3采用螺旋式布置方式能够大大的增加其换热面积，同时一定程度上减少建筑桩6的深度；除湿装置8保证了进入系统中空气的水蒸气含量保持在一个较低水平，在此基础上还增设了排水装置9，基本上可以完全去除系统中的液体，保证整个系统在一个相对干燥的环境中运行。

在不同的地区应用本发明，将会有效利用该地区的浅层地热能。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。