[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以对城市局部气候进行调节的高层建筑，具体的讲是通过在建筑中心设置天井，并将天井下端通过通风道与地面外部热空气联通，使天井内形成自下而上的持续流动，不断将地面热空气排向高空，实现城市局部气候调节；同时在通风道内安装涡轮，在通风的同时实现发电功能。 

背景技术

在大气层中，人类居住在对流层中。对流层中的温度自下而上逐渐降低，这是因为地面吸收太阳辐照能量的能力较空气强。在太阳的辐照下，地面附近空气变热，密度降低，因而在浮力的作用下有向高空运动的趋势。在自然环境中，地面附近热空气的这种自下而上的运动是随机的、分散。通过一个较高的烟囱，能够形成一个稳定的通道，使热空气源源不断的通过烟囱排向高空。地面空气越热，热空气的浮力则越大，烟囱内的流动越快。为了合理利用城市用地，可将烟囱与建筑结合起来设计，即在建筑中心设置天井来代替烟囱，并利用连接在天井下段的通风道吸收地面热空气，形成一个持续的流动。随着城市的发展，城市的能耗也越来越高，这导致城市地面的气温较市郊更高。热空气沿天井排出后，高空及市郊的冷空气随之补充进来，减低城市的地面附近气温。与此同时，空气的这种流动还能够带走城市产生的废气、粉尘等有害物质，从而达到调节城市局部气候的目的。 

发明内容

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，其结构如图1所示。其特征为：气候调节系统内部有一竖直天井，天井截面形状不限，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，保证A₃≥A₂；通风道处于地下，处于地下的深度不限；通风道截面形状不限，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，其长度视建筑区域大小、形状而定；通风道壁面做隔热处理，隔热处理的方式不限，隔热效果越好，气候调节系统的工作效率越高；通风道中部设置一收缩扩展段，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，弯管截面形状及弯曲形状不限，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；外部建筑结构不限。 

该气候调节建筑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，吹入热空气的效果更佳，吹风通道的位置及鼓风机的安装形式不限；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。