一种北方农村节能房屋结构的制作方法

1.本发明涉及住宅节能设计领域，具体涉及一种北方农村节能房屋结构。


背景技术：

2.伴随着农民生活水平大幅度提高以及国家节能减排目标的实施，开发建设节能环保的住宅，实现健康舒适和谐优美的居住环境势在必行。我国有一半人口居住在农村，所以在广大的农村地区因地制宜的设计和建造既节能又环保的新型住宅尤为重要！而房屋使用过程中的冬天取暖和夏天降暑占整个能耗的45％左右，所以结合当地的气候环境特点，设计建造节能环保、成本低廉的房屋建筑具有很好的实用价值。
3.在北方，窑洞作为住宅不但以其成本低廉千百年来而被广泛应用外，“冬暖夏凉”的居住环境优势更是农民追求的主要原因，如著名的延安窑洞和现代版的延安窑洞式宾馆仍然很受欢迎。但是随着人们生活水平不断提高，这种建筑本身存在的通风采光性能差的问题愈显突出。目前农村住宅建设已经进入到以楼板房为主的时代。尽管以楼板房和玻璃窗为特点的住宅的通风采光效果很好，但是随之而来的冬天取暖、夏天降暑投资及使用运行费用，无论是自己燃柴禾或煤还是电气调节方式相对于刚搬离的窑洞的农民来说形成很大的经济压力；而且同时给环境造成很大程度的污染。如果能够在有效克服窑洞通风采光的缺点基础上，再通过一些专门设置把窑洞冬暖夏凉的本身优势尽可能的保留下来，即是一次性再增加小部分投入也是合算的。
4.以西北某地为例，虽然一年四季室外温度从冬天的最低温度零下10℃到夏天的最高温度40℃，但是地表内5米深处的温度始终处于14.5-16.5℃之间，几乎可以说是一年四季处于15℃恒温状态，而且是冬天处于最高的16.5℃，夏天处于最低温度14.5℃。如何充分利用这个热能源以及太阳能这些廉价能源实现房屋内相对于外界的“冬暖夏凉”功能就是我们探讨的重点。虽然地下300米以下的地下热源更好，但是一次性开发成本高达几百万元，更适用于集中居住统一管理方式，同时又给投资和使用成本及管理带来许多问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种北方农村节能房屋结构，能够有效利用地下表层的热冷能量，实现室内“冬暖夏凉”，成本低廉，节能环保。
6.为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括部分位于地面以下的半地下室，所述半地下室的上部设置有多个房间，多个所述房间与所述半地下室之间通过出气通道连通，所述房间的顶部设置有与外界连通的排热管，所述半地下室设置有进气窗口，且所述进气窗口通过进气通道与外界连通，所述房间与所述进气通道连通，所述进气窗口处设置有轴流风机，所述房间的外部设置有朝向太阳光的太阳能热泵，所述太阳能热泵具有第一进气孔、第二进气孔和出气孔，所述第一进气孔和所述出气孔与所述房间连通，所述第二进气孔与外界连通。
7.进一步地，相邻的两个所述房间之间的内墙上设置有气流孔，所述气流孔连通相
邻的两个所述房间。
8.进一步地，所述气流孔处活动设置有调节板，所述调节板用于封闭或打开所述气流孔。
9.进一步地，所述出气通道处设置有气流孔板，所述气流孔板具有连通所述房间与所述半地下室的多个孔，所述气流孔板还设置有调整板，所述调整板用于封闭或打开所述气流孔板的所述孔。
10.进一步地，所述排热管上设置有阀门，所述阀门连接有设置在所述房间的操控件，所述操控件能够驱动所述阀门封闭或打开所述排热管。
11.进一步地，所述房间的外墙设置有保温层，所述房间的顶部通过钢梁设置有呈人字形的保温板瓦。
12.进一步地，所述房间的底部设置有下楼板，所述下楼板设置有下圈梁；所述房间的顶部设置有上楼板，所述上楼板设置有上圈梁，所述房间、所述半地下室和地面之间设置有坡道。
13.进一步地，所述太阳能热泵包括中空玻璃，所述中空玻璃内具有气流通道，所述第一进气孔、所述第二进气孔和所述出气孔与所述气流通道连通，所述气流通道内设置有光热转换板，所述中空玻璃背向所述光热转换板的一侧设置有隔热层，所述隔热层的外侧设置有金属背板，所述金属背板安装于所述房间的外墙。
14.进一步地，所述气流通道内间隔设置有多个散热筋板，多个所述散热筋板将所述气流通道分隔为依次连通的多个通道，所述第一进气孔和所述第二进气孔设置于所述太阳能热泵的下端，所述出气孔设置于所述太阳能热泵的上端，所述第一进气孔和所述出气孔处设置有手动阀门，所述第二进气孔处设置有重力阀门。
15.进一步地，所述进气窗口设置于所述半地下室靠近下部的位置，所述出气通道从所述进气窗口向上延伸出地面与外界连通。
16.进一步地，所述进气通道的入口处设置有盖板，所述房间通过回流管道与所述进气通道连通，所述回流管道安装有回流阀门。
17.与现有技术相比，本发明设置半地下室，半地下室部分位于地面以下，充分利用地表浅层恒温特性，通过半地下室的进气窗口、进气通道和轴流风机将外界的新鲜空气或者室内空气引入半地下室，被升温后从而形成恒温气流，并通过出气通道输入房间，根据需要实现房间的制冷或制热，达到冬暖夏凉的目的，且在夏天时通过房间顶部的排热管更好地使热气流排出，提高降温效率，在冬天时还可以通过太阳能热泵吸收太阳能提供热气流输入房间进行制热。本发明实现了地下表层的热能量有效利用，实现室内“冬暖夏凉”的目标，通过进气通道、排热管等利用自然通风原理得以实现冬天的暖气流自动流入和夏天热气流自动排出，并通过太阳能热泵的光热转换加热空气流并配套相应设置来提高冬天室内的温度，成本低廉，节能环保。
18.进一步地，相邻房间之间通过气流孔实现气流交换，且通过调节板封闭、打开气流孔以及调节开度，出气通道通过气流孔板和调整板实现半地下室的气流封闭、打开或开度调节，排热管通过阀门和操控件实现打开、封闭以及开度调节，操作方便的实现了关闭不需要提供热量的房间进气口，保证使用房间获得更大的热量。
19.进一步地，各个房间通过回流管道与进气通道连通，回流管道安装有回流阀门，从
而与轴流风机一起组成房间内空气通过半地下室升温后重新进入房间的闭环回路。
20.进一步地，外墙设置保温层，房间顶部设置人字形保温板瓦，提高保温排水效果。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图一；
22.图2是本发明的结构示意图二；
23.图3是本发明的局部结构示意图；
24.图4是本发明的太阳能热泵的结构示意图一；
25.图5是本发明的太阳能热泵的结构示意图二；
26.图6是本发明的太阳能热泵的结构示意图三；
27.其中，1是半地下室、2是排热管、3是房间、4是大门、5是上楼板、6是内墙、7是保温板瓦、8是上圈梁、9是窗户、10是外墙、11是保温层、12是太阳能热泵、13是下圈梁、14是下楼板、15是出气通道、16是气流孔板、17是地面、18是钢梁、19是进气通道、191是盖板、192是回流管道、193是回流阀门、20是进气窗口、21是轴流风机、22是气流孔、23是调节板、24是出气孔、25是第一进气孔、26是重力阀门、27是第二进气孔、28是中空玻璃、29是散热筋板、30是气流通道、31是光热转换板、32是隔热层、33是金属背板、34是手动阀门。
具体实施方式
28.下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.本发明提供了一种房屋节能结构，参见图1至图6，其包括部分位于地面17以下的半地下室1，半地下室1的上部设置有多个房间3，多个房间3与半地下室1之间通过出气通道15连通，房间3的顶部设置有与外界连通的排热管2，半地下室1设置有进气窗口20，且进气窗口20通过进气通道19与外界连通，房间3与进气通道19连通，进气窗口20处设置有轴流风机21，房间3的外部设置有朝向太阳光的太阳能热泵12，太阳能热泵12具有第一进气孔25、第二进气孔27和出气孔24，第一进气孔25和出气孔24与房间3连通，第二进气孔27与外界连通。
30.本实施例的半地下室1部分位于地面17以下，充分利用地表浅层恒温特性，通过半地下室1的进气窗口20、进气通道19和轴流风机21将外界的空气或房间3的室内空气引入半地下室1，从而形成恒温气流，并通过出气通道15输入房间3，实现房间3的制冷或制热，提供冬暖夏凉的目的，且在夏天时通过房间顶部的排热管2更好地使热气流排出，提高降温效率，在冬天时还可以通过太阳能热泵12吸收太阳能提供热气流输入房间3进行制热。实现了地下表层的热能量有效利用，实现室内“冬暖夏凉”的目标，通过进气通道19、排热管2等利用自然通风原理得以实现冬天的暖气流自动流入和夏天热气流自动排出，并通过太阳能热泵12的光热转换加热空气流并配套相应设置来提高冬天室内的温度，成本低廉，节能环保。
31.本实施例以分散住宅为主的三间平房式结构的主要居住方式为例，在半地下室1上方设置一层三个房间3，中间为客厅，两边为卧室，半地下室1主要建筑于客厅下方，半地
下室1后面底部的进气窗口20通过进气通道19与室外相通，上部中间向二边倾斜的喇叭口形状为左右二个卧室提供出气通道15，还需要一定的深度和空间保证充足地表层热量提供利用；且除了建筑支撑水泥梁架外，地面和周围尽可能采用传热系数高的材料，如土壤本身及三合土或者孔砖头铺地面、侧壁等，整体建筑在北半球朝南，即面向太阳设置，客厅的正面设置大门4，卧室的正面设置窗户9，整体建筑可以是钢筋混凝土结构，房间3的底部设置有下楼板14，下楼板14设置有下圈梁13；房间3的顶部设置有上楼板5，上楼板5设置有上圈梁8，房间3的客厅大门4的正面、半地下室1和地面17之间设置便于出行的坡道。半地下室1可以在朝向太阳的地面17设置钢化玻璃等，提高自然采光效果。房间3的外墙10设置保温层11，房间3的顶部通过钢梁18设置呈人字形的保温板瓦7，可以是彩钢瓦，彩钢瓦本身优越的保温和使用寿命来说，又代替了水泥板楼顶部的防水层，相对于水泥楼板加防水层结构来说，保温和防水的性价比更高。两个卧室的窗户9下方均设置太阳能热泵12，与普通平房相比，下面增加了半地下室1来自动调节室内温度，上面增加了彩钢瓦实现冬夏隔热保温及排水，前面左右卧室窗户下面还增加了二块太阳能热泵等设置用来加热室内温度。当然，在其他实施例中，半地下室1上方还可以多层多个房间3等，原理与之相类似，本实施例不再赘述。
32.具体地，相邻的两个房间3之间的内墙6上设置有气流孔22，气流孔22连通相邻的两个房间3，实现相邻房间3的气流交换，气流孔22处活动设置有调节板23，调节板23用于封闭或打开气流孔22，并调节开度。
33.出气通道15处设置有气流孔板16，气流孔板16具有连通房间3与半地下室1的多个孔，气流孔板16还设置有调整板，调整板用于封闭或打开气流孔板16的孔，以及调节开度，气流孔板16和调整板可以是不锈钢材质，具有足够的刚性支撑，提高安全性。
34.排热管2上设置有阀门，阀门连接有设置在房间3的操控件，操控件能够驱动阀门封闭或打开排热管2，以及调节开度。排热管2设置于房间3的顶后部，阀门为机械开闭阀门，阀门可以转动设置的旋转圆片形状，通过设置在室内适当高度的拉绳操控件等控制关闭或者开启二个稳定状态，以便于操作。
35.进气窗口20设置于半地下室1靠近下部的位置，出气通道15从进气窗口20向上延伸出地面17与外界连通，便于外界的空气能够从半地下室1的底部进入与半地下室1内的恒温空气进行充分换热。进气通道19的入口处设置有盖板191，各个房间3通过回流管道192与进气通道19连通，回流管道192安装有回流阀门193，从而与轴流风机21一起组成房间3内空气通过半地下室1升温后重新进入房间3的闭环回路。
36.冬天半地下室1的温度始终为16.5℃，而通常室外温度在零度以下，所以室内温度往往处于10℃以下，此时利用盖板191封盖进气通道19的室外进气口，手动打开回流阀门193，依靠自然对流，房间3内底部处于比较低温度的空气顺着回流管道192流入半地下室1，被16.5℃的环境温度加热就会通过对流的方式通过房间地面上的气流孔板16源源不断的自动流入房间3内，达到提升房间3温度的目标；此时轴流风机21旋转90度后脱离进气口，以消除风叶对于气流通路的阻力。但是由于温度差别太小，所以气流速度比较慢，所以此时若通过安装于房间内电源开关打开安装于进气窗口20入口处的轴流风机21，加强空气流动，仅40w功率的轴流风机21就能够达到很好的效果；如果需要更换室外的新鲜空气，则短时间内关闭回流管道192的回流阀门193并打开盖板191，则室外新鲜空气进入半地下室1被加热
后再流入房间3内，然后盖板191封闭室外进气口，打开室内回流阀门193，再次进入正常的室内空气循环加热状态。而此时的安装于房子顶部的排热管2的阀门必须处于关闭状态。
37.夏天半地下室1温度始终处于14.5℃，室外地面温度接近40℃，此时房间3内温度通常高达30℃以上，特别是室内上部的温度更达到35℃左右，此时排热管2的阀门打开，热气流将顺着排热管2的流出，此时排出口处于高出地面6米的高度，通常情况下其温度低于室内上部空间的空气温度；如果此时进气通道19的室外进气口打开并关闭室内回流管道192的回流阀门193，则半地下室1和房间3内部及排热管2组成一个封闭系统，即门窗全部关闭状态，那么所形成的负压将使得室外空气通过半地下室1的进气窗口20后变成14.5℃的地下室空气进入房间内部，达到降温的目标，当然这种情况下产生的自然气流比较弱，所以需要打开轴流风机21增大地下室冷空气上升的流量，达到更好的降温效果。
38.另外，为了安全，房间3的出气通道15通常设置在墙壁根附近，上面盖有金属的气流孔板16，以保证安全。又根据实际需要可以使用无孔的金属调整板全部或部分覆盖任何一个不需要房屋的出气口，以加强其它房间温度的调节力度。
39.具体地，太阳能热泵12包括中空玻璃28，中空玻璃28内具有气流通道30，第一进气孔25、第二进气孔27和出气孔24与气流通道30连通，气流通道30内设置有光热转换板31，中空玻璃28背向光热转换板31的一侧设置有隔热层32，隔热层32的外侧设置有金属背板33，金属背板33安装于房间3的外墙10。太阳能热泵12利用太阳能光热转换加热流入房间3的空气流，从而实现自动提升房间3的温度，第一进气孔25作为房间3的室内空气入口，第二进气孔27作为新鲜空气入口，出气孔24作为热空气出口。
40.优选地，气流通道30内间隔设置有多个散热筋板29，多个散热筋板29将气流通道30分隔为依次连通的多个通道，第一进气孔25和第二进气孔27设置于太阳能热泵12的下端，出气孔24设置于太阳能热泵12的上端，第一进气孔25和出气孔24处设置有手动阀门34，第二进气孔27处设置有重力阀门26。
41.太阳能热泵12能够高效率把太阳光能转换为流动空气的热能。利用黑色的光热转换板31吸收太阳光后转换为本身的热能，温度升高，多个散热筋板29把气流通道30分隔为依次连通的多个通道，空气在气流通道30的加热空间内经过多个通道，以增加光热转换板31与空气的接触面积，以高效率加热通道中的空气流使之温度升高。前面的中空玻璃28，实现太阳光透过又很好的保温；气流通道30提供被加热空气的流动通路；其下面是核心部件光热转换板31，实现太阳光能转换为其热能并通过热传递高效率加热通道中的空气流；背面为保温层，减小系统热量的散失；第二进气孔27的新鲜空气入口管底部设置有重力阀门26，需要更换室内空气需要时，手动打开第一进气孔25和出气孔24的手动阀门34，被加热空气温度升高后比重变轻而流入室内，同时形成的负压导致重力阀门26自动开启，新鲜空气进入气流通道30内；正常情况下手动阀门34打开，室内空气流向太阳能热泵12，被加热后再从上方的出气孔24排放到室内，以提高室内温度，而出气孔24的手动阀门34工作时处于常开状态，夏天停止工作时处于关闭状态。三个控制阀门中二个处于室内，很方便手工操作，另外一个新鲜空气孔阀门处于室外太阳能热泵下方，但是设计为重力片型盖片的阀门，本身依靠加热空间与外界压力差别自动打开，而大部分时间进行室内空气循环加热时在重力作用下自动闭合，所以不需要人到屋外操作。
42.太阳能热泵12仅应用在冬天升高室内温度，当然夏天关闭时能够进一步隔热，隔
离太阳光照射外墙壁，以减少室内温度的提升达到保温效果。
43.因为房屋地平本身高于院子地面1米，又朝向南，所以冬天整个白天都在太阳光照射下把气流通道30中的空气加热后源源不断的送入室内，提高室内温度。具体分为室内空气循环加热和室外新鲜空气加热二个工作状态分别叙述如下：
44.1)室内空气循环加热状态：把太阳能热泵12的第一进气孔25和出气孔24处的手动阀门34同时打开即可，此时太阳光透过中空玻璃28照射到黑色的光热转换板31，首先把光能转换为热转换板31的热能，使得热转换板31温度升高，冬天通常在85温度左右，然后比较粗糙的表面以及专门设置的散热片以传导、对流、辐射热传递三种方式同时加热气流通道30中的空气，被加热的空气自然上升并从上方的热气流出口流入到室内，同时所形成的负压再把室内较低温度的空气从下方第二进气孔27处吸入并再继续加热，如此循环往复，不需要消耗何能量而实现室内温度的提升，达到取暖的目标。
45.2)新鲜空气加热状态：为了保障室内空气新鲜程度，不定期的进入新鲜空气加热后更换室内空气是必要的，此时关闭下方第一进气孔25的手动阀门34，上方出气孔24的手动阀门34依然处于打开状态，此时通道中被加热的空气流流入室内导致此封闭空间产生的负压使得重力阀门26打开，屋外的新鲜空气通过该孔不断进入气流通道30加热，被加热后流入室内，直到认为新鲜空气达到要求时在室内手动操作下方的第一进气孔25的手动阀门34使之处于打开状态，这时候新鲜气流的减小，新鲜空气入口的重力阀门26在重力作用下自然下落关闭，又进入正常的室内温度加热工作状态。
46.3)冬天晚上是否关闭上方的出气孔24的阀门都关系不大，因为关闭情况下系统处于停止工作状态，不关闭阀门，此时通道中的空气没有被加热，不能够形成气流，所以实际上也处于停止工作状态且无其它副作用，系统非常简单方便。
47.随着春天的到室外温度逐步升高，一旦到了不需要再利用太阳能热泵12升高室内温度以后，把上方的出气孔24的阀门关闭后即可，系统将始终处于停止工作状态，直到冬天来临后再打开出气孔24的阀门，使得系统进入工作状态。
48.本发明针对北方农村分散住宅房屋的建筑特点和实际需求，利用现代科学技术成果，在常规平房基础上通过地下增加半地下室1、屋顶增加保温层和前面增加太阳能热泵12等及相关部件，在仅增加少许投资情况下(房屋顶部彩钢瓦隔热层设置替代了屋顶防水处理层，相比较投资差不多但是寿命更长)，利用生态能源实现了室内温度一定程度上的“冬暖夏凉”效果，为农民低成本提供了一个比较舒适的生活环境；而且整个系统运行过程中包括房顶排出管阀门、地下室热空气排出口盖板与轴流风机电源控制开关、太阳能热泵进、出口阀门等所有控制操作都在房间内进行；在正常运行中根据需要仅有一个40w的轴流风机工作，其能耗非常小，全天运行还不到1度电0.04*24＝0.96千瓦时；所有系统设计达到了简单实用、操作方便、成本低廉的节能减排效果。
49.因为影响室内温度的因素太多，所以具体实施效果差别比较大。但是对于建筑取向好，保温措施到位的房屋，当其中地下室的空间为：3.5*7*3＝73.5m3，单个太阳能热泵面积：0.9*3＝2.7
㎡
，排热管为0.2*2.5米，屋顶彩钢瓦保温层距离水泥楼板最小高度0.5米情况下，例如：西安地区冬天在室外温度-8℃的晴天，其室内最低温度能够保持在11℃以上；夏天在室外温度35℃的晴天，室内最高温度能够保持在27℃以下。借助于该系统正常运行，为室内人们的活动提供了一个相对舒适的生活环境。
50.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。