CN101716798A - 一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法及养护系统 - Google Patents

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万军
张乃从
彭能华
王勇
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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法及养护系统；该方法利用太阳能在地面温度相对较高的时候，吸收太阳能使相变材料发生蓄热过程的相变，将热能储存在相变材料的物理结构中；在地面温度较低的时候，相变材料为达到平衡发生释放热能过程的相变，从而在养护混凝土期间保持混凝土表面适当的温度，减少混凝土内外温差，防止混凝土产生表面裂纹。本发明具有设备简单、制造和生产成本低等特点，大大降低了能源消耗，节约了能源，使用成本较低。

Description

一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法及养护系统
技术领域
本发明涉及一种混凝土的养护方法及养护系统，特别是一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法及养护系统。
背景技术
由于现在的建筑物大多采用钢筋混凝土结构，因此钢筋混凝土结构的耐久性直接关系到建筑物的质量和使用寿命。钢筋混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、施工等多种因素的复杂问题。混凝土水化时产生的水化热会造成混凝土内外温度不平衡，从而形成温差裂缝，引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗透能力。为防止混凝土出现裂缝，最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。因此，在混凝土浇筑完毕后需要进行养护，以保持混凝土适当的温度和湿度条件，在养护期间通过保温可减少混凝土表面的热扩散，保持混凝土表面适当的温度，降低混凝土内外的温差，防止表面出现裂纹。目前大多采用电加热器或蒸汽来控制养护室内的温度，存在能量消耗大、设备复杂、成本高等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法及养护系统。该方法采用太阳能作为热源，并利用相变材料能随温度变化而改变型态并能提供潜热的特性来自动控制养护室内的温度，从而节约能源、降低成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案：一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法。该方法利用太阳能，在地面温度相对较高的时候，吸收太阳能使相变材料发生蓄热过程的相变，将热能储存在相变材料的物理结构中；在地面温度较低的时候，相变材料为达到平衡发生释放热能过程的相变，从而在养护混凝土期间保持混凝土表面适当的温度，减少混凝土内外温差，防止混凝土产生表面裂纹。
一种太阳能相变蓄热混凝土养护系统。其构成包括养护室，在养护室中有混凝土构件和循环水系统，在养护室的顶部装有太阳能接收装置和相变蓄热装置；相变蓄热装置为密封储存的相变材料，相变材料的相变温度根据各地经纬度的不同而有很大差异，相变温度范围在10℃～75℃之间。
上述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统中，在太阳能接收装置的上面装有采光装置，该采光装置与太阳能接收装置的垂直间距d为20-500mm。
前述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统中，采光装置是带有小孔的透光板，该透光板的厚度为2-20mm，透光板上的小孔断面是边长为2-10mm的正方形孔。
前述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统中，采光装置与太阳能接收装置的垂直间距d为20mm，采光装置上的小孔断面是边长为2mm的正方形孔，相变蓄热装置中相变材料的相变温度范围在10℃～35℃之间。
前述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统中，采光装置与太阳能接收装置的垂直间距d为30mm，采光装置上的小孔断面是边长为5mm的正方形孔，相变蓄热装置中相变材料的相变温度范围在20℃～45℃之间。
前述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统中，采光装置与太阳能接收装置的垂直间距d为50mm，采光装置上的小孔断面是边长为10mm的正方形孔，相变蓄热装置中相变材料的相变温度范围在35℃～75℃之间。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用太阳能作为热源，并利用相变材料能随温度变化而发生相变并能在相变过程中产生蓄热放热的特性来自动控制养护室内的温度，从而在混凝土养护期间保持混凝土表面适当的温度，减少混凝土内外温差，防止表面裂纹的产生，提高混凝土的耐久性。该项技术就国内来说，史无先例。本发明充分利用太阳能并将该能量储存于相变材料中，在适当的时候通过相变材料的相变过程再进行能量释放，达到能量的最大转换，不但设备简单，制造和生产成本低，而且大大降低了能源消耗，节约了能源(可节约能源20％左右)，使用成本较低。本发明具有工艺简单，操作方便的优势，再加丰富的太阳能可利用资源，符合国家节能减排政策的需要。我国太阳能资源丰富，全国2/3以上的地区年辐射总量大于50.23×105Kj/m2，如山东济南地区全年能够充分利用太阳能的天数达278天，全年平均每天在1平方米的面积上，可以获得13665Kj的热量，辐射最高月份达19598Kj。如果将这些热量充分利用起来，足可满足每平方米的地面上8-10cm厚的混凝土达到80℃所需要的养护热量。
为验证本发明的效果，申请人在不同地区选择不同的透光板包括透光板上小孔的大小、透光板与太阳能接收装置之间的间距、相变材料的相变温度等因素进行了试验，其结果如下：
试验一、在昼夜平均温度为5℃以下地区
1、试验过程：由于外界温度较低，所能获取的太阳能有限，透光板上的小孔尽可能小，采用小孔断面边长为2mm的正方形孔，以便提高能量传递的灵敏度。透光板尽可能采用透光性较好材质。透光板与太阳能接收装置之间的垂直间距d为20mm。相变材料的相变温度范围在10℃～35℃之间。以下数据所采用相变材料温度为18℃的复合相变材料。
2、试验结果：见表1。
表1
Figure G200910306239020090828D000031
试验二、在昼夜平均温度为5℃～15℃以下地区
1、试验过程：透光板上小孔采用小孔断面边长为5mm的正方形孔，透光板尽可能采用透光性较好材质。透光板与太阳能接收装置之间的垂直间距d为30mm。相变材料的相变温度范围在20℃～45℃之间。以下数据所采用相变材料温度为24℃的复合相变材料。
2、试验结果：见表2。
表2
Figure G200910306239020090828D000032
试验三、在昼夜平均温度为16℃～25℃以下地区
1、试验过程：透光板上小孔断面采用边长为10mm的正方形孔，透光板尽可能采用透光性较好材质。透光板与太阳能接收装置之间的垂直间距d为50mm。相变材料的相变温度范围在35℃～75℃之间，以下数据所采用相变材料温度为62℃的复合相变材料。
2、试验结果：见表3。
表3
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是图1中A部的断面放大图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1。如图1、2所示，包括养护室1，在养护室1中有混凝土构件2和循环水系统3，在养护室1的顶部装有太阳能接收装置4和相变蓄热装置5；在太阳能接收装置4的上面装有采光装置6，采光装置6与太阳能接收装置4的垂直间距d为20mm。采光装置6是带有小孔7的透光板，透光板的厚度为2mm，透光板上的小孔7断面是边长为2mm的正方形孔。相变蓄热装置5为密封储存的相变材料，该相变材料的相变温度范围在10℃～35℃之间。
实施例2。包括养护室1，在养护室1中有混凝土构件2和循环水系统3，在养护室1的顶部装有太阳能接收装置4和相变蓄热装置5；在太阳能接收装置4的上面装有采光装置6，采光装置6与太阳能接收装置4的垂直间距d为30mm。采光装置6是带有小孔7的透光板，透光板的厚度为10mm，透光板上的小孔7断面是边长为5mm的正方形孔。相变蓄热装置5为密封储存的相变材料，该相变材料的相变温度范围在20℃～45℃之间。
实施例3。包括养护室1，在养护室1中有混凝土构件2和循环水系统3，在养护室1的顶部装有太阳能接收装置4和相变蓄热装置5；在太阳能接收装置4的上面装有采光装置6，采光装置6与太阳能接收装置4的垂直间距d为50mm。采光装置6是带有小孔7的透光板，透光板的厚度为20mm，透光板上的小孔7断面是边长为10mm的正方形孔。相变蓄热装置5为密封储存的相变材料，该相变材料的相变温度范围在35℃～75℃之间。
本发明的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用太阳能和相变材料养护混凝土的方法，其特征在于：在地面温度相对较高的时候，吸收太阳能使相变材料发生蓄热过程的相变，将热能储存在相变材料的物理结构中，在地面温度较低的时候，相变材料为达到平衡发生释放热能过程的相变；从而在养护混凝土期间保持混凝土表面的温度，减少混凝土内外温差，防止混凝土产生表面裂纹。
2.一种采用如权利要求1所述方法的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，包括养护室(1)，其特征在于：在所述的养护室(1)中有混凝土构件(2)和循环水系统(3)，在养护室(1)的顶部装有太阳能接收装置(4)和相变蓄热装置(5)；相变蓄热装置(5)为密封储存的相变材料，该相变材料的相变温度范围在10℃～75℃之间。
3.根据权利要求2所述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，其特征在于：在所述太阳能接收装置(4)的上面装有采光装置(6)，该采光装置(6)与太阳能接收装置(4)的垂直间距d为20-500mm。
4.根据权利要求3所述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，其特征在于：所述的采光装置(6)是带有小孔(7)的透光板，该透光板的厚度为2-20mm，透光板上的小孔(7)断面是边长为2-10mm的正方形孔。
5.根据权利要求4所述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，其特征在于：所述采光装置(6)与太阳能接收装置(4)的垂直间距d为20mm，采光装置(6)上的小孔(7)断面是边长为2mm的正方形孔，相变蓄热装置(5)中相变材料的相变温度范围在10℃～35℃之间。
6.根据权利要求4所述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，其特征在于：所述采光装置(6)与太阳能接收装置(4)的垂直间距d为30mm，采光装置(6)上的小孔(7)断面是边长为5mm的正方形孔，相变蓄热装置(5)中相变材料的相变温度范围在20℃～45℃之间。
7.根据权利要求4所述的太阳能相变蓄热混凝土养护系统，其特征在于：所述采光装置(6)与太阳能接收装置(4)的垂直间距d为50mm，采光装置(6)上的小孔(7)断面是边长为10mm的正方形孔，相变蓄热装置(5)中相变材料的相变温度范围在35℃～75℃之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105928215A (zh) * 2016-04-21 2016-09-07 北京工业大学 太阳能-相变蓄热、余热回收技术在预制混凝土构件养护工艺中应用
CN109129861A (zh) * 2018-07-31 2019-01-04 北京工业大学 基于太阳能高效利用的低能耗预制混凝土构件蒸汽养护厂房建筑构筑方法
CN109866303A (zh) * 2019-03-12 2019-06-11 中铁十二局集团有限公司 一种小型预制构件蓄水养护工艺

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