用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件及调节系统

技术领域

本发明涉及一种辅助调节高层建筑室内空气流通的技术，属于高层建筑通风领域。

背景技术

目前，高层建筑越来越多，居住密度相对较大，高层建筑房间内的通风问题日渐突出，随着科学发展和人们物质生活水平的提高，现在人们逐渐意识到久居室内产生的“建筑综合症”是十分不利于身心健康的，追求居住健康成为了新时代人们对高层住宅的新需求。改善高层住宅的自然通风现状，就是在创造舒适健康的居住环境，提升住宅的居住品质。

将室外新鲜空气引入室内，同时排出室内的污浊空气，提高现有塔式高层住宅建筑的通风量，以创造健康的室内环境。空调等设备会对室内环境造成二次空气污染，不利于创造健康的室内环境。

但对于许多高层公共建筑，缺少有效的自然通风措施，在现有技术中，高层建筑各房间的通风，要么利用中央空调进行换气，要么仅靠房间内的窗户通风，利用中央空调进行换气，不仅耗电，还由于中央空调清洗不便而使空气不卫生。而仅靠房间内的窗户通风，效果较差，当风力较强时，房间外的自然风直接吹入室内会造成人感觉不适或者将房屋内的物品吹乱；而坐在离外窗较远的某些“死角”处的人可能还会觉得风力不够。因此，直接从外窗吹入室内的风送风不均匀，送风效果也不好。

可见，高层建筑没有有效的自然通风措施导致居住环境健康指数低，且浪费能源。

发明内容

针对现有高层建筑自然通风存在的问题，本发明提供一种用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件及调节方法。

本发明所述用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件，包括顶板1、底板2和挡风板3，

顶板1和底板2平行设置于外窗上下方的墙体上；顶板1和底板2均为三角板结构，三角板的长直边与外窗所在墙体固接，三角板的短直边与外窗所在墙体垂直，三角板的斜边上设置一段弧形轨道4，所述弧形轨道4靠近三角板短直边；

挡风板3包括方形框架3-1和百叶扇3-2，所述方形框架3-1内并列设置多个百叶扇3-2，方形框架3-1的一条竖边与顶板1和底板2的直角顶点铰接；方形框架3-1的另一条竖边沿两条弧形轨道4滑动以调节外窗导风构件迎风面与风向的夹角。

优选地，弧形轨道的圆心角β＝30°～45°之间。

优选地，顶板1采用骨架结构，底板2采用骨架及其上形状相同的置物板构成。

优选地，骨架采用铝塑管材质，置物板采用干挂铝板材质。

优选地，顶板1的长直边和斜边公共端点与底板2的长直边和斜边公共端点之间用立柱支撑。

本发明还提供另一种技术方案，一种高层建筑室内空气质量的调节系统，基于所述用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件实现，调节系统包括室内传感器、室外传感器、终端控制器和执行机构，调节过程包括：

S1、数据获取步骤：室内传感器感知室内空气质量，获取室内温度、室内平均风速和室内空气均匀度；室外传感器感知室外风速和风向；

S2、终端数据判断步骤：终端控制器根据传感器采集的数据判断是否同时满足以下两个条件：

条件1、室内平均风速v≤0.01m/s或v≥0.3m/s

条件2、室内空气均匀度P≤0.6

若同时满足上述两个条件，执行步骤S3；否则返回执行步骤S2；

S3、执行机构启动，调节外窗导风构件；

调节外窗导风构件包括挡风板3沿两条弧形轨道4滑动以调节外窗导风构件迎风面与风向的夹角，及百叶扇沿自身中心轴旋转以改变进风量。

优选地，室内空气均匀度P按下式求取：

式中，v

优选地，执行步骤S3之后返回执行步骤S2。

优选地，调节系统还包括云端控制器，利用云端控制器的远程调节过程包括：

步骤S1获取的数据上传至云端控制器，云端数据处理的结果下发至客户端，客户端用户设置换气模式，根据换气模式启动执行机构，调节外窗导风构件。

优选地，换气模式包括：挡风板与立面角度α调节模式和百叶扇开合角度调节模式，挡风板与立面角度α的调节范围为0～β，百叶扇开合角度调节范围为0～90°。

本发明的有益效果：

本发明通过对室内平均风速和空气均匀度的控制来改善室内空气质量。利用本发明装置对自然风充分利用，节约能源。本发明的建筑装置，相比于已有的通过调节百叶窗扇角度调节室内风量的专利，本发明更侧重于建筑的存量更新，便于对老旧建筑进行安装。

在折叠状态时便于存储运输，需要时在既有高层建筑窗口根据需要进行快速安装。该发明具有体积小，折叠效率高，工程实施简单，成本低，节约能源等优点。

本发明用于应对寒冷地区冬季，高层建筑的自然通风问题，对后疫情时代居家健康具有重要意义。

附图说明

图1是本发明所述用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件的结构示意图；

图2是外窗导风构件的俯视图；

图3是挡风板的结构示意图；

图4是挡风板与风向关系，其中图4(a)为迎风面开敞度示意图，图4(b)为挡风板迎风面与风向关系示意图；

图5是外窗导风构件自适应调节流程图；

图6是客户端调节外窗导风构件流程图；

图7是未装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图；

图8是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝1500mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°；

图9是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝1000mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°、45°、50°、60°；

图10是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝500mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°、45°、60°、75°。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件，包括顶板1、底板2和挡风板3，

顶板1和底板2平行设置于外窗上下方的墙体上；顶板1和底板2均为三角板结构，三角板的长直边与外窗所在墙体固接，三角板的短直边与外窗所在墙体垂直，三角板的斜边上设置一段弧形轨道4，所述弧形轨道4靠近三角板短直边；

挡风板3包括方形框架3-1和百叶扇3-2，所述方形框架3-1内并列设置多个百叶扇3-2，方形框架3-1的一条竖边与顶板1和底板2的直角顶点铰接；方形框架3-1的另一条竖边沿两条弧形轨道4滑动以调节外窗导风构件迎风面与风向的夹角。

参见图1，高层建筑房间5设置有外窗6，在室外、外窗6外部设置外窗导风构件，所述外窗导风构件的挡风板3设置在外窗6的开启侧，以便于更好的控制进风量。

弧形轨道的圆心角β＝30°～75°之间。一般常规选取45°左右。

顶板1采用骨架结构，底板2采用骨架及其上形状相同的置物板构成。

骨架采用铝塑管材质，置物板采用干挂铝板材质。

顶板1的长直边和斜边公共端点与底板2的长直边和斜边公共端点之间用立柱支撑。这样设置是为了增加力学强度，使外窗导风构件更稳固。

具体实施方式二：下面结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式所述一种高层建筑室内空气质量的调节系统，基于实施实施方式一所述用于调节高层建筑室内空气质量的外窗导风构件实现，调节系统包括室内传感器、室外传感器、终端控制器、云端控制器和执行机构，调节系统包括两部分，第一部分是终端控制器根据采集的实时数据自适应调节，第二部分是用户利用智能终端控制。

第一部分调节过程包括：

S1、数据获取步骤：室内传感器感知室内空气质量，获取室内温度、室内平均风速和室内空气均匀度；室外传感器感知室外风速和风向；

S2、终端数据判断步骤：终端控制器根据传感器采集的数据判断是否同时满足以下两个条件：

条件1、室内平均风速v≤0.01m/s或v≥0.3m/s

条件2、室内空气均匀度P≤0.6，室内空气均匀度P按下式求取：

式中，v

若同时满足上述两个条件，执行步骤S3；否则返回执行步骤S2；

S3、执行机构启动，调节外窗导风构件；

调节外窗导风构件包括挡风板3沿两条弧形轨道4滑动以调节外窗导风构件迎风面与风向的夹角，及百叶扇沿自身中心轴旋转以改变进风量。

参见图4，外窗6所在墙体安装外窗导风构件，设挡风板3与立面(图中房间左侧墙面)的夹角α，通过改变α来改变迎风面与风向的夹角n和迎风面的开敞度m，进而改变室内风速和空气均匀度。室内平均风速v在0.01～0.3m/s之间、室内空气均匀度P>0.6时认为舒适度高，是本实施方式调节系统调节的目标。

室外传感器能监测到室外风速，若室外风速大，适当调节挡风板3使进风通道变小，若室外风速小，适当调节挡风板3使进风通道变大。

执行步骤S3之后返回执行步骤S2。

第二部分利用云端控制器的远程调节过程包括：

步骤S1获取的数据上传至云端控制器，云端数据处理的结果下发至客户端，客户端用户设置换气模式，根据换气模式启动执行机构，调节外窗导风构件。

换气模式包括：挡风板与立面角度α调节模式和百叶扇开合角度调节模式，挡风板与立面角度α的调节范围为0～β，百叶扇开合角度调节范围为0～90°。

利用本发明外窗导风构件进行构件形态的研究实验时，首先，将被实验房间简化成一个长宽高为3*3*3m的立方体、立面构件简化成突出的墙垛。未安装本发明装置时参见图图7所示。实验模型的建立过程中，我们通过改变墙垛挡风板的长度L以及挡风板与立面的夹角α来改变迎风面与风向的夹角n和迎风面的开敞度m。数据处理过程是将不同的实验模型导入斯维尔通风软件中计算，得到一系列风速云图。对图纸进行处理和运算后得到判定室内风环境好坏的两个主要因素，即室内平均风速v-和空气均匀度P。其中，空气均匀度越接近1越好。图8是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝1500mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°；图9是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝1000mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°、45°、50°、60°；图10是装本发明外窗导风构件的高层建筑试验房间简化模型及风速云图，挡风板在立面投影长度L＝500mm，挡风板与侧墙立面角度分别0°、15°、30°、45°、60°、75°。

根据实验数据进行纵横向对比可知：(1)当挡风板与立面角度α不变，调节挡风板长度使得迎风面与风向夹角越接近90°时，室内平均风速越大。考虑到外形因素，挡风板在立面投影长度为1500mm效果最优。(2)当挡风板在立面投影长度不变，改变挡风板与立面角度α可影响进风口的大小和室内风道大小(室内空气均匀度)。这使得室内风速具有可调性；夏季可调整挡风板使其垂直方向长度最大，引风进入室内；冬季可调整挡风板沿导轨向内滑动，使进风口减小，减小室内风道范围，提高舒适度。挡风板与侧墙立面角度在30°～45°时效果更好，根据试验数据，本发明将更大或更小的角度舍弃。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。