[发明专利]一种城市局部气候调节建筑系统及其气动设计方法

权利要求书

1.本发明为一种可以对城市局部气候进行调节的高层建筑系统，以下简称“气候调节系统”，并且能够实现发电的功能，其结构特征为：气候调节系统内部有一竖直天井，天井内壁做隔热处理；天井出口到地面的距离为H；天井上端出口设置阀门V2，其截面面积为A₂；天井下端截面面积为A₃，A₃≧A₂；通风道处于地下，截面最大尺寸为D；通风道进风口伸出地面，进风口设置阀门V1；进风口到天井的距离为B；通风道壁面做隔热处理；通风道中部设置收缩扩展段，该收缩扩展段的喉部为圆形，半径为R，用于安装涡轮；涡轮半径可表示为R_T=α₀R；通风道经由一段弯管通入天井中，弯管壁面做隔热处理；弯管伸入天井端出口要保证竖直向上，其伸入天井段的长度为L，保证L>0.5D；通风道可有多个，其数量N的适宜范围为2~20个；所有通风道进口截面面积之和为A₁，保证A₁≧A₂；为降低涡轮设计成本，所有通道内涡轮半径相同。

2.如权利要求1所述的气候调节系统，其仅限在白天晴天工作，其工作过程为：当太阳出来后，1、打开通风道进风口阀门V1及天井上端出口阀门V2，并保持涡轮制动；2、启动流动，启动措施为利用鼓风机沿流动方向吹入热空气或地面空气；3、待天井内出现持续流动后关闭鼓风机；4、待天井内流速稳定并达到涡轮的启动流速V₀后启动涡轮，涡轮开始发电；5、待天黑地面冷却后制动涡轮，并关闭通风道进风口阀门V1及天井上端出口阀门V2；6、若夜晚为晴天时，第二天可跳过第2、3步。

3.如权利要求1所述的气候调节系统，其气动相关参数的设计方法为：天井出口到地面的距离H为关键参数，其设计范围可取200~1000m；天井上端出口面积A₂ = C₁?H²，C₁的设计范围为0.0001~0.05；流动驱动压力ΔP的大小可由公式ΔP = P₀?P_H EXP[ (gH) / (T_gR₀) ] 与P_H = P₀ [ (T₀?αH) /T₀ ]^[g / (αR₀)]计算得到，单位Pa，涉及变量分别为：P₀为大气压，单位Pa，T₀为市郊气温，单位K，T_g为市内气温，单位K，α为常量，取值0.006，g为重力加速度，单位m/s²，R₀为常量，取值287.06；通风道喉部风速，即涡轮的设计流速为 V= ε ? SQRT [ (2ΔP) / (3ρ)]，其中，ρ为热空气的密度，可根据实际市内地面温度T_g查表得到，单位Kg/m3，ε=βA₂ / (NπR_T²)，式中β为损失系数，取值范围可选为0.5~0.99；调整涡轮半径R_T，使系数ε的取值范围在1.0~3.0之间；根据公式R_T=α₀R可得通风道喉部半径R，α₀的取值范围为0.95~0.99；涡轮前后设计压差为dp=2ΔP/3。