[发明专利]高能效建筑物

说明书

技术领域

本发明总体上涉及建筑能量系统，更具体地，本发明涉及使用烟囱效应控制通风和温度并且在建筑物中发电。

背景技术

常规的建筑设计依赖于动力建筑-机械系统来从建筑物外部对可居住空间进行通风。这些常规的设计通常包括定位在建筑物的外表面的动力百叶窗，其能够打开从而允许空气进入可居住空间用于通风、加热和制冷。通常，动力风扇抽吸外部空气，使其经过百叶窗进入可居住空间，然后将可居住空间中的空气排到建筑物外部。这种常规的手段需要消耗大量的能量来驱动百叶窗并且对风扇供电。需要提高建筑物中的能效。

发明内容

本发明的方法和系统能够提高建筑物的能效。太阳辐射对太阳能发动机进行加热，太阳能发动机沿着建筑物的内部竖直排列。太阳能发动机包括位于太阳能发动机上部的热空气室以及位于热空气室下方的中空部或空心部。可居住空间围绕中空部的外部定位，并且朝向建筑部的外部。照射到热空气室上的太阳辐射在热空气室中产生高温区域。这就产生了烟囱效应，其中由于中空部的温度较低，空气上升经过中空部，导致在中空部产生负压。空气进入建筑物的下部并且在太阳能发动机的作用下被抽吸经过中空部。如果打开位于可居住空间外部的窗户，则中空部的负压导致从建筑物外部经过可居住空间进入中空部的无源空气对流，其中，空气上升到热空气室，然后从建筑物中离开。这样使得能够在不付出能量成本的情况下以自然的方式对可居住空间进行制冷和通风。

还可以通过将空气从中空部抽吸到可居住空间，对可居住空间进行通风。在这种情况下，可居住空间中的机械设备将正在穿过中空部向上运动的空气抽吸到可居住空间中。来自中空部的空气使可居住空间通风并且被排到建筑物外部。位于建筑物下部的可居住空间可能会产生高的内部载荷并且可能需要在内部区域降温。当空气沿着可居住空间的内表面流经中空部时，借助与周围的经温度调节的空间的能量传递，空气被预热。与建筑物的外部截然不同，通过抽吸空气使其流经中空部对空气的预先温度调节能够节约相当多的加热能量。而且，与流经位于建筑物外部的百叶窗(louver)的空气相比，来自中空部的空气提供更为稳定的通风作用，由于风的抽吸力可能超过百叶窗式风扇的外部静压，因此建筑物外部的百叶窗容易改变风力条件并且经常无法吸入空气。

通过在热空气室中设置一个或多个太阳光反射器，可以增强烟囱效应。太阳辐射从太阳光反射器上向下反射出来进入热空气室和中空部。通过使用位于中空部中的额外的反射器或反射表面，可以进一步引导太阳辐射向下进入中空部。将太阳能引入中空部进一步加热中空部中的空气，导致空气以更高的速率通过太阳能发动机并且提高烟囱效应。将光引入中空部还可以有利地对位于中空部周围的可居住空间的内部进行照明。这就使得能够降低用于照明可居住空间的能耗。

而且，可以使用定位在太阳能发动机中的一个或多个风力涡轮机将向上运动通过太阳能发动机的空气的风能转换成电能，从而对建筑物供电。因此，本发明的方法和系统能够减少对建筑物进行通风和产生可以用于对建筑物供电的电力所需的能量。

根据本发明的系统，提供了一种建筑物通风系统。所述建筑物通风系统包括：

位于建筑物上部的热空气室，热空气室在其底部具有热空气室入口并且在其顶部具有热空气室出口，热空气室的顶部的至少一部分包括透明材料，热空气室中的空气被经由透明材料照射在空气上的太阳辐射加热；以及

从热空气室入口沿着建筑物的内部向下竖直延伸的中空部，中空部的侧壁的至少一部分由可居住空间的内墙限定，中空部具有第一中空部开口和第二中空部开口，第一中空部开口耦联至延伸到建筑物外部的外部空气管道，第二中空部开口经由可居住空间的内墙耦联至可居住空间，位于中空部中的空气的温度低于位于热空气室中的空气的温度，因此，中空部中的空气朝向热空气室入口上升并且通过热空气室入口，从而相对于建筑物外部的压力在中空部中产生负压并且导致从建筑物外部抽吸外部空气使其通过外部空气管道进入中空部，从中空部上升到热空气室中的空气与热空气室中的空气混合，至少一部分混合空气通过热空气室出口从热空气室中排出。

根据本发明的方法，提供了用于为建筑物进行通风的方法。所述方法包括以下步骤：

使用照射穿过热空气室的透明顶部的太阳辐射对热空气室中的空气进行加热，热空气室位于建筑物上部，热空气室在其底部具有热空气室入口并且在其顶部具有热空气室出口，中空部从热空气室入口沿着建筑物的内部向下竖直延伸，中空部的侧壁的至少一部分由可居住空间的内墙限定，中空部具有第一中空部开口和第二中空部开口，第二中空部开口经由可居住空间的内墙耦联至可居住空间；以及