技术领域
[0001] 一种浅层地能、太阳能、
风能与建筑一体化利用设计方案。具体涉及到利用浅层地能和太阳能、风能，来实现
建筑物自身的
通风、采暖和制冷，进而以实现建筑物零能耗运营为设计目的一种建筑物通风、采暖和制冷空调系统。
背景技术
[0002] 自然而无组织的换气在冬季必然会排出热空气，纳入冷空气，而夏季则相反，从而降低建筑内部居住的舒适性。如何能在换气的同时，不改变室温，不浪费
热能，就是本系统主要想要达到的目的之一。
[0003] 随着
门窗技术的升级，越来越严密的
密封性，在保持室温的同时，降低了室内的自然通风和换气率。然而人是需要消耗
氧气的，所以在绝对密封的房间里，人无法正常居住。所以
发明一种可以在密封环境下即不损耗热能，又能满足换气通风要求的方法是很有必要的。
[0004] 建筑物的舒适度不仅仅是
温度所决定的，风速和湿度，也起关键作用，所以健康换气问题对人体的健康和居住
质量来说有着极重要的意义，是建筑物设计不可忽略的一个问题。
[0005] 现有的空调系统和技术普遍存在能耗高、热交换效率低的缺点。而且在换气问题上，普遍没有完整的气流组织系统方案和实践经验。因此现代建筑中，巨大
能源浪费和较差的居住环境的问题，是客观上普遍存在的。
[0006] 而在浅层地能、太阳能、风能利用方面，由于没有一种以建筑物整体为设计主体的设计思想，所以局部的再生能源利用装置，存在低效和系统效果不稳定的种种弊端，难以彰显其价值，所以就没有较强的生命
力，不足以普遍推广。
发明内容
[0007] 该系统以相对密封的房屋为管理对象，利用太阳能风筒的烟筒效应作动力，进行有组织的室内强制通风，实现了在密封的房屋内，即不损失冷、热能，又能有全面彻底的通风。该系统利用地热的恒温做冷热源，通过空气和
水作介质，在不消耗任何
化学能源的
基础上，实现了建筑物密封室内的采暖和制冷。
[0008] 本发明在组织室内通风的设计上，依靠阳光为主能源，利用设置在建筑外部的太阳能风筒的烟筒效应中产生的
抽力作主要动力，以热空气上升冷空气下沉的物理特性为气体管理的突破口，来组织空气有组织地流动，以达到在损失最小热能的基础上，进行健康强制换气的目的。
[0009] 本发明首次尝试将建筑内部打通为互通的整体来进行空气管理，首次提出了一种依靠地热恒温能源直接处理空气和水，分两路来维持室内空气和墙体温度的手段，在以此为主要辅助制冷和采暖方式的基础上，结合风电和太阳能发电为系统动力补充，以房屋较好的保温性为平台，以高效的阳光采集为提高室温的手段，有效解决了密封房屋内如何保持适宜温度和较高空气质量的问题。
[0010] 该发明的太阳能风筒【2】为总高度超过建筑物【1】
屋顶适当高度的深色筒状物体，截面形状以利于吸收阳光为易。在其外围有透明的
保护罩，以利于保温和防腐。在可能的技术条件下，将保护罩内处理为
真空，可大大提高其性能。该风筒与建筑物相通的有两个进风口，分别是与建筑物顶部平行的上进风口【3】和与建筑物地下室平行的下进风口【4】，在上进风口【3】处设置有上进风口
阀门【5】，在下进风口【4】处设置有下进风口阀门【6】，用来调整空气流动方向。
[0011] 风筒顶部有一个出风口【7】，出风口外可安装风能发
电机组【8】。该风筒的高度一般为8-9米，是安装微型
风力发电机的绝佳
位置，一物多用成本低，既能提供一部分房屋的动力，还有利于风电的迅速普及发展。
[0012] 本发明的技术方案为：
[0013] 该发明在夏冬两季采用两种不同的通风方式来实现其目的。
[0014] 夏季制冷建立在房屋的高
隔热率之上，在日照渐强后，太阳能风筒【2】将内部空气加热，
密度降低而上升，形成烟筒效应，从而产生动力，促使与之联接的，密封的室内上部的热空气通过上进风口【3】而不断被抽走，而室外阴凉处的空气经过
净化器【19】净化后，由地热井【17】进行冷却后通过地下室的主进风管【13】进入室内地下室的最低部位，对室内空气进行补充，从而形成一种强制冷通风效果。
[0015] 由于上方的热空气被不断抽出，而底部不断有冷空气进来补充，最终达到整个室内充满新鲜干净的冷空气。并且保持着一定的风速和湿度，给人们一个适宜的环境。另外屋顶的
太阳能集热器【10】不仅提供辅助加热，
加速循环，还起到遮阳降温的目的。另外，此模式的通风模式有利于发生火灾时，强制排出浓烟，降低人员发生事故的几率。并可以为人员的疏散和救治提供方便。
[0016] 到了冬季，建筑的采暖依靠有效的保温方式，减少热量损失，之后由门窗等采集太阳能提高室温。与夏季不同的是，在冬季，太阳能风筒【2】
抽取的不是房屋顶部阁楼内的热空气，而是房屋底部地下室的冷空气。而室外空气通过井口上方的玻璃太阳房【20】加热后，进入井水中进行二次加热，抽出的经井水加热过的空气经过太阳能辅助加热通风管道【11】进行第三次加热进入到屋顶安装的太阳能集热器【10】进行第四次加热后，进入室内。与此同时底部冷空气均匀抽走，上部热空气及时补充，最终热空气充满整个房屋。
[0017] 到夜晚时，则打开微型调速风扇【16】缓慢使井水加温后的空气持续进入室内阁楼进行换气。
[0018] 该方法是一种具有独立进风口的封闭式
通风系统，这就为室内空气质量的控制和提高，提供了实施的可能。在作为进风口和冷热源的地热井【17】上方井口处，设置
空气净化器【10】，可以降低空气中的浮尘及细菌，大大改善室内空气质量。彻底地消灭浮尘、飞虫和细菌的入侵，其次，可以通过有效的手段提高室内空气的质量和特性。比如可以在进风口外种植鲜花绿树，或在进风口定量投放居住者喜欢的香水或檀香，都可以改善空气品质，提高生活乐趣。另外在净化器上方设遮阳棚或种植鲜花树木来达到夏季降温，冬季安装太阳房即挡风又能采集热能，对进入室内的空气进行预热。
[0019] 本方法所具有的又一好处是，它可以自动开启和停止工作。在阳光充足时，太阳能风筒内空气温度升高到比室内温度高过一定程度时，整个系统具有采暖能力时，才会开始通风循环，而夜晚则自动停止，不会损失白天吸取的热能。
[0020] 系统的空调
热交换器【18】的作用是在冬季将井水和大地中的热能传递给内部的空气，在夏季则将空气中的热能传递给井水和大地。本系统为提高井水的热利用效率，首次通过放置在空调热交换器【18】之内的潜水
泵【22】不断地抽取主井水，使得新的水流涌入，来加强了空气交换器【18】的热交换效果，提高了空调系统的地能利用效率。而抽出的水，通过设置在
墙壁内外的
地热水管【24】或
散热器，在对房屋的温度进行调节后，排入地热副井【25】内，经过
土壤渗透后回到主井，以此达到使主井不断吸取大
地热能的目的，进而达到提高空调系统效率的目的。而布置在具有良好保温效果的外墙体内侧孔的地热水管【24】，可以截断外墙的冷热交换，使室内墙体冬暖夏凉，极为舒适。
[0021] 驱动水源流动的是微型水泵【23】，在两口井之间的管道要密封严密，促使虹吸现象的形成，从而进一步降低能源消耗。甚至可以在管路中，设置外墙太阳能加热墙，在日照强烈时，加热的水上升也可节约动力。
[0022] 该供暖、制冷、通风一体化系统在采暖热量的获取、计算和使用上，是如此设计的：以利用井水地能加工后的空气所含恒温能源为基础，以太阳能加热为温度提高的手段，以墙体内恒温水管的墙温调整为减少热能损失的屏障，以屋顶太阳能集热器和太阳能
热水器为补充，以
太阳能电池和太阳能风筒效应和风力发电机为动力，来满足系统驱动和生活用水用电的需求，以建筑物的高效保温为舞台，来实现建筑物零能耗运营的梦想。最终实现太阳能、地能、风能与建筑的一体化设计，成为真正能实现建筑零能耗梦想的一种建筑物采暖制冷和通风系统。
附图说明
[0023] 图1：空调系统夏季白天制冷工作原理图。
[0024] 图2：空调系统冬季白天采暖工作原理图。
[0025] 图3：空调系统冬季夜晚换气工作原理图。
[0026] 图4：地泵系统恒温控制原理图。
[0027] 图中：建筑物【1】、太阳能风筒【2】、与建筑物顶部平行的上进风口【3】、与建筑物地下室平行的下进风口【4】、上进风口阀门【5】和下进风口阀门【6】、出风口【7】、风能
发电机组【8】、通风孔【9】、太阳能集热器【10】、太阳能辅助加
热管道【11】，地下室的主进风管【13】、辅助加热阀门【14】、主进风口阀门【15】、微型调速风扇【16】、地热井【17】、热交换器【18】、空气净化器【19】、太阳房【20】、遮阳物【21】、潜水泵【22】、微型水泵【23】、地热水管【24】、地热副井【25】、保护罩【26】、防水罩【27】、旋转阀片【28】阀门【29】、太阳能电池系统【30】。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明：
[0029] 如附图1所示：夏季关闭风筒下进风口阀门【5】，关闭辅助加热通风管道【11】底部的辅助加热阀门【14】，则在太阳能风筒【2】加热内部空气后上升通过出风口【7】排出，而室内热空气通过上进风口阀门【4】进入主风筒，被持续加热后上升排出，从而使密封的室内产生气压负差，而室外空气通过净化器【19】净化和热交换器【18】制冷后，通过主进风口阀门【15】进入建筑物地下室内，对抽走的热空气进行补充。上方的热空气被不断抽出，而底部不断有冷空气进来补充，最终达到整个室内充满新鲜干净的冷空气。
[0030] 如附图2所示：冬季关闭风筒上进风口阀门【4】，打开风筒底部下进风口阀门【6】，打开辅助加热通风管道【11】底部的辅助加热阀门【14】，关闭地下室的主进风管【13】处的主进风口阀门【15】，则在太阳能风筒【2】加热内部空气后上升通过出风口【7】排出，而室内热空气通过阀门【6】进入主风筒，被持续加热后上升排出，从而使密封的室内产生气压负差，而室外空气通过太阳房【20】一级预热、净化器【19】净化和热交换器【18】二级加热后，通过阀门【14】进入辅助加热通风管道【11】内进行三级加热，然后上升进入太阳能集热器【10】进行四级加热后，进入室内，对底部抽走的冷空气进行补充。底部的冷空气被不断抽出，而顶部不断有热空气进来补充，最终达到整个室内充满新鲜干净的热空气。
[0031] 如附图3所示：冬季夜晚关闭风筒上进风口阀门【5】，打开风筒底部下进风口阀门【6】，打开辅助加热通风管道【11】底部的辅助加热阀门【14】，关闭地下室的主进风管【13】处的主进风口阀门【15】，打开微型调速风扇【16】，使室外空气通过太阳房【20】、净化器【19】净化和热交换器【18】一级加热后，通过阀门【14】进入辅助加热通风管道【11】内，然后上升进入太阳能集热器【10】后，进入室内，对室内进行补氧。当产生负差后，迫使底部的冷空气被不断顶出，而顶部不断有新鲜空气进来补充，最终达到夜晚必要的换气效果。
[0032] 如附图4所示：在热交换器【18】内部放置的潜水泵【22】，将恒温在10-15摄氏度的井水通过微型水泵【23】后，压进布置在建筑物墙体内的地热水管【24】，使其在墙体内散热或制冷，然后排进地热副井【25】，经过土壤渗透后，水流回到主井，完成水的循环。当管道内空气排尽后，潜水泵【22】停止工作，微型水泵【23】在虹吸作用辅助下开始工作，继续水流的循环。
