CN101413299A - 新型相变-保温复合墙体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型相变－保温复合墙体结构，用于墙体隔热保温，主要包括保温层、定形相变层和墙基体构成一体化复合结构。根据墙基体材质和厚度可以估算其传热热阻，由此可以计算保温层材料厚度，保证保温层与墙基体传热热阻相等，从而最大限度提高相变层对温度变化的削峰延时效果。充分发挥保温层保温隔热和相变层蓄热调温的双重作用，大大提高墙体热惰性。该结构性能稳定、便于施工和旧有建筑的节能改造，起到高效节能环保的作用。
Description
一、技术领域
本发明属于建筑节能，涉及一种新型保温隔热墙体结构，用于墙体保温隔热领域。
二、背景技术
在可持续发展的前提下，如何降低建筑能耗和达到居住环境最大舒适化，是目前建筑节能领域的研究重点。相变材料可以利用相变过程中吸热和放热来进行潜能储能，在相变过程中能维持温度恒定。将相变材料用于墙体结构，可以提高其热惰性，降低室内温度波动，提高居住舒适度，降低空调使用能耗。
目前相变材料与墙体基体的结合主要有混合式和构件式，混合式主要有1.将相变材料密闭封装好后植入基体材料；2.将多孔墙体材料浸泡在液态相变材料内使其充分浸渍；3.将相变材料乳化分散后直接加入基体材料中；构件式主要是将相变材料制备成板条等形状构件单元与墙基体结合。
混合式主要存在一下问题：1.相变材料在循环使用过程中逐渐从基体中渗漏和体积变形问题；2.相变材料的加入使得基体材料的强度降低；3.浸渍或直接加入混合不能保证相变材料的均匀性，随机混合的相变材料颗粒出现多维传热现象影响相变储能效率；4.无法用于旧建筑的墙体节能改造。
构件式将相变材料与墙基体结合具有更好的蓄热调温作用。目前已有大量实用专利，如邹黎明等人设计的“一种含相变材料的保温墙体材料”，任胜义等人设计的“储能墙”等，将相变材料构件与墙基体作各种方式的结合，但只是单独使用相变材料调温，没有结合外墙保温技术进一步提高建筑节能效率，李栋发明的“相变复合保温板”虽然结合了外墙保温技术，但是没有考虑相变材料层复合的最佳方式与位置及保温层的最佳厚度。而相变材料层作为夹层和墙基体及保温材料层进行复合时候，只有当两侧的传热热阻达到近似相等时，相变材料对温度变化的削峰延时效果最好。
三、发明内容
本发明提供一种新型相变-保温复合外墙结构，将相变材料制成板块状构件之后，与保温材料复合制备成一种新型相变-保温复合外墙结构。根据墙基体材质和厚度可以估算其传热热阻，由此可以计算保温层材料厚度，保证保温层与墙基体传热热阻相等，从而最大限度提高相变层对温度变化的削峰延时效果。一方面集中发挥相变层材料的蓄放热调温作用，同时定形相变材料可以保证循环使用过程中不发生渗漏和体积稳定性问题；另一方面可以利用保温材料有效保温隔热，充分提高墙体热惰性。该结构性能稳定、便于施工和旧有建筑的节能改造，起到高效节能环保的作用。
一种新型相变-保温复合外墙结构，主要是由保温层、定形相变层、墙基体构成一体化板状结构。保温层是采用聚苯乙烯泡沫或聚氨酯等保温材料，并且保证保温层与墙基体的传热热阻相等。相变层材料为相变温度为20-40℃，相变焓在100kJ/kg以上的定形相变材料。该定形相变材料可以由低温有机相变材料与无机载体经一定比例复合熔融制备而成，相变材料包括十四醇、低熔点石蜡等低温有机相变材料，载体包括有机膨润土、膨胀珍珠岩、玻化微珠等无机材料。
一种新型相变保温复合外墙结构的有益效果：
1.能够集中发挥相变层材料的蓄放热调温作用，对外墙温度变化有削峰延时作用，同时定形相变材料可以保证循环使用过程中不发生渗漏和体积稳定性问题；
2.可以利用保温材料有效保温隔热，充分提高墙体热惰性。
3.利用外墙相变-保温复合结构的等效热流图分析，可以确定相变层材料的所处的最佳位置是保证保温层与墙基体层传热热阻相等，此时能更好地提高相变层对温度变化的削峰延时效果；
图1是一种相变-保温复合外墙结构的等效热流图。R1、R3分别代表保温层和墙基体层的热阻，相变材料层等效为热阻R0与热容C并联。在相变层升温至相变点之前时，系统等效为R1、R2和R3串联，相变层达到相变点时可视为热容C蓄热。降温时可视为热容C放热，此时R1与R3时并联关系，当R1与R3热阻相等时并联总热阻最大，削峰延时作用最好。
4.板材尺寸工整，便于成型，便于机械化生产和现场施工，便于进行旧有建筑物的节能改造；
5.生态友好，无毒，使用寿命长，性能均衡稳定。
四、附图说明
图1是一种相变-保温复合外墙结构的等效热流图。图中：R1、R3分别代表保温层和墙基体层的等效热阻；R0和C分别代表相变材料层的等效热阻与热容。
图2是本相变-保温复合墙体结构的示意图。图中：1-保温层；2-定形相变层；3-墙体基体。
五、具体实施方式
一种相变-保温复合墙体结构，由保温层、定形相变层、墙基体层构成的一体化板状结构，在保温层表面可以添加抗裂砂浆保护层和装饰层。
1.保温层1和保温层2选用1～3cm厚密度为20～40kg/m3的聚苯乙烯泡沫板或者聚氨酯泡沫板；并根据不同墙体基体的热阻来计算所需保温层材料的厚度。例如：黏土空心砖墙体导热系数λ＝0.58W/m·K，若其厚度为24cm时，其热阻为R＝0.41m2/K·W。由此可以计算，当保温层材料选用导热系数为0.02-0.03W/m·K的聚氨酯时，其厚度为0.8-1.2cm；当保温材料选用导热系数为0.03-0.04W/m·K的聚苯乙烯泡沫时，其厚度为1.2-1.6cm。
2.定形相变层选用由十四醇或低熔点石蜡与有机膨润土或者膨胀珍珠岩按一定比例热熔成型制备的0.5～1cm厚的定形相变板，并通过保温层开槽粘合将相变层结合在保温层背面；保温层粘结在墙体基体表面。
3.保温层表面可以添加抗裂砂浆保护层和装饰层。
Claims (5)
1.一种相变-保温复合墙体结构，其特征是：所述相变-保温复合墙体结构主要是由保温层、定形相变层、墙基体构成的保证保温层与墙基体的传热热阻相等的复合墙体结构。
2.根据权利要求1所述的相变-保温复合墙体结构，其特征是：保温层采用聚苯乙烯泡沫或聚氨酯等保温材料。导热系数0.02-0.04W/m·K，密度为20-40kg/m3。
3.根据权利要求1所述的相变-保温复合墙体结构，其特征是：定形相变层材料为相变温度为20-40℃，相变焓在100kJ/kg以上的定形相变材料。该定形相变材料由低温有机相变材料与无机载体经一定比例复合熔融制备而成，相变材料包括十四醇、低熔点石蜡等低温有机相变材料，载体包括有机膨润土、膨胀珍珠岩等无机材料。
4.根据权利要求1所述的相变-保温复合墙体材料，其特征是：保温层与墙基体的传热热阻相等。
5.根据权利要求1所述的相变-保温复合墙体材料，其特征是：保温层表面可以视实际使用需要添加抗裂砂浆保护层和饰面层。
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