CN101649654A - 一种蒸发冷却式模块通风外墙 - Google Patents
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Abstract
一种蒸发冷却式模块通风墙体，包括内侧墙体5及与之相配置的外侧墙体6，多孔渗水陶瓷板2将内侧墙体5与外侧墙体6之间的空间分隔成水层和空气夹层，采用水层与通风层的复合结构，采用模块式设计，利用多孔渗水陶瓷表面对建筑维护结构进行蒸发冷却，可以有效降低墙体传热，减少夏季空调负荷，尤其适用于我国长江以南建筑气候区划为夏热冬暖及夏热冬冷且水资源丰富的地区，具有结构简单，模块之间连接方便，易于实现的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型模块式节能通风外墙，属于建筑节能技术领域。
背景技术
建筑能耗在社会总能耗中占有重要份额，开发各种建筑节能技术意义重大，节能型建筑设计已经成为整个社会发展的必然趋势和选择。在建筑节能的整个系统工程中，建筑围护结构热工性能的改善一直以来都是各国相关研究机构的工作重点，围护结构的设计也由仅对增强隔热性能的单纯要求发展到在保温隔热围护结构基础上寻求一种主动控制手段，从而有目的地控制通过围护结构的传热。
围护结构是建筑与其共生环境之间发生热质交换的必经途径，通过设计改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，对建筑能耗、环境性能、室内空气质量及用户舒适感觉都有根本性影响。在实施建筑节能的各项措施中，墙体保温隔热是最行之有效的技术手段。目前，改善围护结构热工性能的技术主要有：一、采用复合墙体结构技术增加墙体保温隔热性能。通过在墙体的主要结构基础上采用高效保温隔热材料附着或填入，以改善整个墙体的热工性能。根据复合材料与主体结构位置的不同，分为外墙内保温技术、外墙外保温技术及夹芯保温技术。二、新型保温建材的使用。三、新型墙体材料的应用。四、门窗材料及密封性技术。
随着节能观念的不断变化及新材料不断投入使用，对墙体研究越来越多涉及到可再生能源及新材料的综合应用。被动式太阳能建筑是利用南向集热蓄热墙体进行被动式采暖降温的一种建筑形式。墙体的蓄热作用可以有效地调节室内空气的昼夜温差，对提高被动式太阳能建筑的热工性能和改善房间热舒适性都具有重要作用。许多研究己经表明合理的建筑蓄热设计可以明显减少冬夏季能量需求。
典型的被动式太阳能蓄热墙体为特隆布(Trombe)墙体。冬季，特隆布(Trombe)墙体白天在太阳照射下吸收储存热量，同时把多余的热量通过风机带入到室内；夜晚通风口关闭，特隆布(Trombe)墙体中的热量通过辐射的方式传入室内。利用特隆布(Trombe)墙体结构的热压通风进行夏季降温的研究国内外学者已做了大量的工作。研究表明，气候条件对蓄热体的使用效果具有很大影响。日温差比较大的地区使用蓄热体效果最佳；日温差＜6℃的，原则上不推荐使用重质蓄热体；在热湿地区主要以制冷为主，原则上不推荐使用重质蓄热体；暖湿地区无需辅助供暖和供冷，也不推荐使用重质蓄热体。
采用复合保温隔热层或减小墙体结构层导热系数，是通用的减少建筑空调负荷的方法，能够有效地抑制外界环境通过墙体向室内环境传递热量。但这种做法在达到很好的隔热效果的同时也相当于给建筑带来了很好的保温效果。对于夏热冬冷或冬暖地区，需要更多考虑夏季工况，如果采用单纯的无方向选择性的高热阻结构，会使得非空调房间很难将室内负荷或通过窗户进入室内的负荷通过墙体结构释放到外界环境，也会使那些希望充分利用自然环境来减少空调制冷负荷的建筑难以实现。
蓄热墙体采取夜间自然通风，类似特隆布(Trombe)墙体。对于气温日较差较大的地区，这种方式是有效的。但对于夏热冬冷或冬暖地区，由于其气温日较差较小，并不适宜采用高蓄热墙体；另外对于空调房间，在这类地区采用夜间自然通风降温的方法不一定可以减少房间空调负荷，原因在于该类地区一般湿度较大，虽然自然通风可以减少空调显热负荷，但同时也会增加空调潜热负荷。此外，夜间自然通风要求建筑夜间无人使用，对于一些需要连续使用的建筑如宾馆，采用此方法不易实现。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明针对我国夏热冬暖和夏热冬冷的环境资源特点，提出一种蒸发冷却式模块通风外墙，利用多孔渗水陶瓷将蒸发冷却技术应用于墙体围护结构中，达到减少夏季空调负荷的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种蒸发冷却式模块通风墙体，包括内侧墙体5及与之相配置的外侧墙体6，多孔渗水陶瓷板2将内侧墙体5与外侧墙体6之间的空间分隔成水层和空气夹层。
所说的墙体结构包括以下六种形式：水层在外侧，机械通风上吹的模块墙体结构；水层在外侧，机械通风下吹的模块墙体结构；水层在内侧，机械通风上吹的模块墙体结构；水层在内侧，机械通风下吹的模块墙体结构；水层在外侧，自然通风的模块墙体结构；水层在内侧，自然通风的模块墙体结构。
本发明的墙体模块高度为200～2000mm 水层3的厚度为10～200mm；空气夹层7的厚度为10～200mm。
外侧墙体6的厚度为10mm，多孔渗水陶瓷板2的厚度为20mm，内侧墙体5的厚度60mm，水层3的厚度120mm，空气夹层7的厚度120mm，墙体高度500mm。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是水层在外侧，机械通风上吹的模块墙体结构示意图。
图3是水层在外侧，机械通风下吹的模块墙体结构示意图。
图4是水层在内侧，机械通风上吹的模块墙体结构示意图。
图5是水层在内侧，机械通风下吹的模块墙体结构示意图。
图6是水层在外侧，自然通风的模块墙体结构示意图。
图7是水层在内侧，自然通风的模块墙体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步的说明。
参见图1，本发明提出的模块墙体结构包括三层：最外面一层是外侧墙体6，外侧墙体6接受太阳辐射，可以是普通墙体，也可以结合PV光电转化单元；中间一层为多孔渗水陶瓷板2，作为实现蒸发冷却的界面，中间层的渗水多孔陶瓷板2具有良好的渗水性但不漏水；最里面一层是内侧墙体5，内侧墙体5内侧配置一防潮层4，防潮层4与多孔渗水陶瓷板2之间是水层3；外侧墙体6与多孔渗水陶瓷板2之间是空气夹层。通过用至少一组模块化墙体可以组成一面建筑外墙。对于同一个外墙的所有模块可以共用一个水箱，水箱可以放在建筑物中一个方便的楼层，水箱提供所有的模块水，流量由模块上的水层连通控制阀1控制，用一个装在回水管上的水泵在固定的时间间隔收集过量的水。
在一个模块中，夏季室外空气从模块底部进入复合墙体的内侧空气夹层，吹过多孔渗水陶瓷板表面。空气的流动导致表面的水蒸发，从而产生蒸发冷却的效果。冬季则可以关闭模块墙体空气进出口以降低室内热量损失；排除水层蓄水以防冻结。
墙体内部涉及空气和水两种流体工质的热质交换过程，按照空气夹层与水层的空间组织形式与空气的流向，本发明提出该种墙体结构的六种具体实施方案。按照空气层驱动力的类型分为两大类：第一类为主动式墙体结构，空气夹层流动采用风机驱动；第二类为被动式墙体结构，空气流动由环境与空气夹层内空气密度差所引起的热压驱动。按水层与空气夹层相对位置的不同又分成两大类：水层在外壁面侧；空气夹层在外壁面侧。六种结构方案参见图2～7。
图2～5提供的方案为采用风机的主动式墙体结构，空气夹层气流方向对墙体综合传热性能影响很小。而空气夹层入口流速对墙体的传热性能影响很大。入口流速增大，水层在外的图2、3所示的结构墙体内墙传热增强，墙体当量导热系数增大；而空气夹层在外的图4、5所示的结构墙体内墙传热减弱，墙体当量导热系数减小。当空气夹层厚度大于20mm时，空气夹层厚度对采用风机通风的主动式墙体的传热性能影响微弱。室外空气的状态参数及室外辐射强度对主动式墙体的传热性能影响较大，室外空气干球温度对水层在外的图2、3所示的墙体的传热性能影响最大；室外空气的水蒸气质量分数对空气层在外的图4、5所示的墙体的传热性能影响最大。
图6和图7提供的方案为被动式墙体结构，空气夹层流动由环境与夹层内空气密度差所引起的热压驱动。图6提供的墙体结构由于会在内墙外壁面产生冷凝现象，不适合作为被选墙体设计方案。对于采用自然通风的图7所示的墙体，存在最佳空气层厚度使传热量最小。在本发明涉及的模块墙体尺寸下，该最佳壁面厚度在20mm左右。采用具有最佳厚度的图7所示的墙体，水层厚度为10mm，墙体总厚度60mm，在标准工况即外壁面上室外辐射强度400W/m2，空气干球温度305K，水蒸气质量浓度0.02的条件下，墙体传热量24.732W/m2，当量导热系数约0.0987W/(m·K)，并且可将内墙外壁面温度稳定在30℃左右。
图1～7中，A表示室外；B表示室内；1为水层连通控制阀；2为多孔渗水陶瓷板；3为水层；4为防潮层；5为内侧墙体；6为外侧墙体；7是空气夹层。
Claims (4)
1.一种蒸发冷却式模块通风墙体，包括内侧墙体(5)及与之相配置的外侧墙体(6)，其特征在于，多孔渗水陶瓷板(2)将内侧墙体(5)与外侧墙体(6)之间的空间分隔成水层和空气夹层。
2.按照权利要求1所述的模块通风墙体，其特征在于，其结构形式有六种，分别为：水层在外侧，机械通风上吹的模块墙体结构；水层在外侧，机械通风下吹的模块墙体结构；水层在内侧，机械通风上吹的模块墙体结构；水层在内侧，机械通风下吹的模块墙体结构；水层在外侧，自然通风的模块墙体结构；水层在内侧，自然通风的模块墙体结构。
3.按照权利要求1或2所述的模块通风墙体，其特征在于，墙体模块高度为200～2000mm；水层(3)的厚度为10～200mm；空气夹层(7)的厚度为10～200mm。
4.按照权利要求3所述的模块通风墙体，其特征在于，外侧墙体(6)的厚度为10mm，多孔渗水陶瓷板(2)的厚度为20mm，内侧墙体(5)的厚度60mm，水层(3)的厚度120mm，空气夹层(7)的厚度120mm，墙体高度500mm。
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