CN102561647A - 相变蓄能双向调温节能地暖构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相变蓄能双向调温节能地暖构件，由相变蓄能配件和水地暖装置或电地暖装置，配合使用，相变蓄能配件可以为蓄能管或蓄能盒，其中装有相变材料。冬天供暖时，相变蓄能配件蓄能量大，相变过程中可以吸收多余的热量，保温效果好，并且自动控制温度，散热过程中保持在人体舒适的温度范围内，减少加热器反复加热的次数或热水循环的次数，解决普通地暖蓄能量小、局部温度过高和温度波动幅度大的问题。夏天制冷时，这种相变蓄能配件通过相变吸收大量的热量，使室内温度降低，也可以吸收冷水管或房间多余的冷气储存起来，等到温度升高时再释放出来。

Description

相变蓄能双向调温节能地暖构件及其制备方法

技术领域：

本发明涉及暖通工程中的地暖领域，主要涉及一种利用相变蓄能材料进行采暖和降温双向调温的节能型地暖采暖/降温构件。

背景技术：

地暖，是地面辐射采暖的简称。地热辐射采暖是将温度不高于60℃的热水或发热电缆，暗埋在地热地板下的盘管系统内加热整个地面，通过地面均匀地向室内辐射散热的一种采暖方式。地面辐射采暖系统是目前上最为舒适、健康并且日益普及的采暖方式，使用寿命为50年以上，可以选择在家里全部区域使用地暖系统，同时也可以选择在部分区域(如卧室、大厅)使用。目前地暖系统已经在欧洲、北美的广大地区得到了广泛的接受和认可；随着我国人民生活水平的提高，该种采暖方式在国内有了越来越多的应用，地暖开始走入人们的家居生活。

但地暖供暖过程中也存在着不足之处，就是蓄能量小、局部温度过高或者温度波动幅度较大。为了解决这些问题，有业者在供暖设备中加入了自动控温装置，把热媒的温度控制在一定的范围之内。由于现在的热媒为水或者地板本身蓄能，它们的蓄能量主要是依靠本身的比热容蓄能，是一种显热蓄能方式。这种蓄能方式蓄能量有限，并且热媒的温度范围不能超过限定值，这样蓄能量更少，必须依靠自动控温装置反复加热热媒才能达到持续供热的要求。另一方面，在夏天时，这些地暖装置就闲置起来，失去了作用，是资源的浪费。

发明内容：

本发明的目的是提供具有蓄能量大的相变蓄能双向调温节能地暖构件。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种相变蓄能双向调温节能地暖构件，包括水地暖装置或电地暖装置，还包括与水地暖装置或电地暖装置配合使用的相变蓄能配件，所述相变蓄能配件中装有相变材料。

其中，所述相变蓄能配件为蓄能管，其与水地暖装置的水管并排，并通过固定件连为一体；

或者，所述相变蓄能配件为蓄能管，其与电地暖装置的水管并排，且水管和蓄能管外各附一条电地暖电缆，并由固定件将它们连为一体。

所述水管和蓄能管为多根，水管和蓄能管间隔排列。

或者，所述相变蓄能配件为蓄能管，其外附电地暖装置的发热电缆，并通过固定件连为一体。

或者，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述水地暖装置的水管置于其中。

或者，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述电地暖装置的发热电缆置于其中。

所述水管或发热电缆在蓄能盒内迴形盘转。

或者，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述电地暖装置的发热电缆固定于两蓄能盒之间。

本发明另一目的在于提供一种相变蓄能双向调温节能地暖构件的制备方法。该方法中，先制作相变蓄能配件，在一空管或盒状容器中充填相变材料，添加量为腔体积的80～90％，密封充填口；再将该相变蓄能配件与水地暖装置的水管或电地暖装置的水管和/或发热电缆固定成为一体。

本发明相变蓄能双向调温节能地暖构件的特点是以地暖塑料管或塑料盒为装载容器，塑料管的特点是一端封闭，另一端作为注入口，塑料盒的特点是预留有相变材料注入口的腔体；首先把相变材料加热成液体状态，然后注入到塑料管或塑料盒中，相变材料占塑料管或塑料盒容积的80～90％；装载相变材料后把塑料管或塑料盒的注入口封闭起来，形成相变蓄能地暖管和相变地暖蓄能盒，再结合水地暖或电地暖使用，形成相变蓄能双向调温节能地暖构件。

这种相变蓄能双向调温节能地暖构件的优点蓄能量大，可以吸收多余的热量，保温效果好，并且自动控制温度，散热过程中保持在人体舒适的温度范围内，减少加热器反复加热的次数或热水循环的次数，解决普通地暖蓄能量小、局部温度过高和温度波动幅度大的问题，可以节约能源。同时，夏天时利用冷水制冷时，减少冷水循环次数，继续发挥作用。

与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相变蓄能双向调温节能地暖构件中添加有相变材料，相变材料蓄能量大，既包括了显热吸放热，又包括潜热吸放热。

2、相变蓄能双向调温节能地暖构件中添加有相变材料，这种材料通过潜热方式吸放热，相变过程可以保持在一定的温度下，减少了温度的波动幅度，散热过程温度稳定。

3、相变蓄能双向调温节能地暖构件既可以和水地暖配合使用，也可以与电地暖捆绑使用，可以节约电热。

4、相变蓄能双向调温节能地暖构件可以通过水暖管中加入循环冷水，通过相变材料储存大量冷气来实现夏天的降温。

5、相变蓄能双向调温节能地暖构件可以单独使用，通过相变材料吸收房间多余的热量或者冷气储存起来，等温度变化时再自动释放出来。

6、相变蓄能双向调温节能地暖构件制备工艺简单，易于控制，可以流水作业和工业化生产。

附图说明：

图1为本发明中蓄能管和水管结合形成构件的结构示意图；

图2为本发明中蓄能管和电热地暖及水管结合形成构件的结构示意图；

图3为本发明中蓄能管和电热地暖结合形成构件的结构示意图；

图4为本发明中蓄能盒和水管结合形成构件的结构示意图；

图5为本发明中蓄能盒和电热地暖结合形成构件的结构示意图。

具体实施方式：

本发明相变蓄能双向调温节能地暖构件主要是利用相变材料实现相变蓄能双向调温，具体是通过相变蓄能地暖管或相变蓄能地暖盒的设计，再配合水地暖或电地暖使用。

本发明中，相变蓄能地暖管是以地暖塑料管的空腔为容器，中间注入相变材料而制成。将管状变为盒子，则成为相变蓄能地暖盒。管中或盒中相变材料的添加量与容器空腔的体积有关，添加量不能太多，为容器空腔体积的80～90％为宜。

所用地暖塑料管和盒体最好由交联聚乙烯(PE-X)、聚丁烯(PB)、耐高温聚乙烯(PE-RT)、交联夹铝管(XPAPR)、铝塑复合管(PAP)、耐冲击共聚聚丙烯(PP-B)等等材料制成；

所用相变材料为有机相变材料或无机相变材料；有机相变材料可以为石蜡、硬脂酸、十八烷等脂肪类或烷烃类化合物；无机相变材料可以为十水硫酸钠、十二水硫酸铝钾、无水硫酸铜、二水硫酸钙、六水氯化钙等结晶水合物；这些相变材料可以根据室温的要求进行选择或组合使用而使其相变温度控制在20～50℃范围之内。

相变蓄能地暖管的制作：准备好地暖塑料管和相变材料，地暖塑料管的一个端口先封闭，然后把相变材料加热成液体状态，从塑料管另一端口处加入相变材料，其加入量的体积占地暖塑料管空腔体积的80～90％为宜；相变材料加入完毕后，随后用塞子封闭填料端口，得到相变蓄能地暖管备用。

相变蓄能地暖盒的制作：首先准备好地暖塑料盒和相变材料，地暖塑料盒是留有一个液体注入口的封闭腔体，把加热成液体状态的相变材料由注入口加入，其加入量的体积占地暖塑料盒空腔体积的80～90％为宜；相变材料加入完毕后，随后用塞子封闭液体注入口，得到相变蓄能地暖盒备用。

相变蓄能地暖管或相变蓄能地暖盒与水地暖或电地暖配合使用的方式有很多种，如相变蓄能地暖管和水地暖管或电地暖电缆捆绑在一起，相变蓄能地暖盒中或之间加入水地暖管或电地暖电缆而形成可在工程上使用的相变蓄能双向调温节能地暖构件。水地暖指以温度不高于60℃的热水为热媒的地暖方式，电地暖指外表面工作温度不高于60℃的发热电缆为发热体的地暖方式。

本发明的相变蓄能地暖管/盒的吸放热是通过两种方式实现的，一种是显热方式，另一种是潜热方式。显热方式是通过相变材料具有比热容来实现，潜热方式就是相变蓄能双向调温节能地暖材料及构件通过相变方式在被加热过程中可以储存大量的热量，当温度降低到相变温度时相变材料就会放出热量，做到持续供热；可以根据室温的要求选择相应相变温度的相变材料，把温度自动控制在人体舒适的温度范围之内。

相变蓄能双向调温节能地暖材料构件装置解决了普通地暖管蓄能量小、局部过热和温度波动较大的问题；同时，相变蓄能双向调温节能地暖材料及构件的加热过程可以利用峰谷电差价错峰用电达到降低电费的目的，用电低谷时段蓄能，用电高峰时段再利用相变材料潜热放热来给房间供热。夏天时，可以通过水暖管加入循环冷水，相变蓄能双向调温节能地暖材料及构件中相变材料的热量能被冷水带走，而到房间温度升高时相变材料吸收热量降低室内温度。这样使地暖装置变成了地冷装置，在夏天时也能发挥作用。

以下结合附图具体说明本发明的实施方式，显然这些实施例并非穷举，任何利用本发明构思所能变化实现的实施方式，均应属于本发明的内容。

实施例1：相变蓄能地暖管(蓄能管)和水热地暖管(水管)结合形成相变蓄能双向调温节能地暖构件

参见图1所示，水热地暖管1和相变蓄能地暖管2并排，通过固定件3连为一体，形成相变蓄能双向调温节能地暖构件的一种形式。

该实施方式中，相变蓄能地暖管2可选用PE-RT材料的空管，管的直径可为20mm，管壁厚2mm；选用十水硫酸钠作为相变材料，相变温度为33℃。先把塑料管的一端封闭，然后注入十水硫酸钠，十水硫酸钠的加入量为塑料管空腔的90％，随后把装料口封闭，形成相变蓄能地暖管2。再把相变蓄能地暖管2和普通水地暖管1用固定件3捆绑在一起，得到本例相变蓄能双向调温节能地暖构件。

工程使用时，将该相变蓄能双向调温节能地暖构件铺装在地板下，水地暖管1接通原有的循环水管，通过水地暖装置来提供热源，此时相变蓄能地暖管2从水地暖管1吸收热量；切断水地暖管1热源后，当外界温度降低到相变蓄能地暖管2内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管2放出热量并直接传导到地面而持续供暖，直至相变结束后，温度才会继续下降；由此，可以实现水热地暖管和相变蓄能地暖管共同供暖。

夏天时，向水地暖管1中供应循环冷水，用以降低室内温度，此时相变蓄能地暖管2维持与水地暖管1相同的温度；切断水地暖管1冷源后，当外界温度升高到相变蓄能地暖管2内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管2从外界吸收热量从而降低室内温度。

该实施方式中，还可以改变水热地暖管和相变蓄能地暖管的组合数量和方式，如两根水管中间夹设一根相变蓄能地暖管，或两根相变蓄能地暖管中间夹设一根水管，或是其它组合方式；固定的方式也不限于捆绑，例如两根并排的管完全可以先制成双腔的管，则可以在一空腔内走水，另一空腔内加入相变材料。显然，这些变化是可以随工程需要和意愿而调整的，恕不一一例举与赘述，但应属于本发明的公开。

实施例2：相变蓄能地暖管(蓄能管)和电热地暖及水管结合形成相变蓄能双向调温节能地暖构件

参见图2所示，电地暖水管11和相变蓄能地暖管12并排，电地暖水管11和相变蓄能地暖管12外各附一条电地暖电缆(发热电缆)13，然后通过固定件14将它们连为一体，形成相变蓄能双向调温节能地暖构件的另一种形式。

该实施方式中，相变蓄能地暖管12可选用PPB材料的空管，管的直径为20mm，管壁厚2mm；可选用相变温度为25℃的石蜡为相变材料。先把塑料管的一端封闭，然后注入石蜡，石蜡的加入量为塑料管空腔的80％，随后把装料口封闭形成相变蓄能地暖管12，再将一电地暖电缆13顺管绑扎固定在相变蓄能地暖管12外；将一电地暖电缆13顺管绑扎固定在普通电地暖水管11外，然后再将该电地暖水管11与相变蓄能地暖管12并排摆放，用固定件14捆绑在一起，得到本例相变蓄能双向调温节能地暖构件。

工程使用时，将该相变蓄能双向调温节能地暖构件铺装在地板下，电地暖水管11接通循环水管，电地暖装置接电时电地暖电缆13发热，此时相变蓄能地暖管12和电地暖水管11均吸收热量；切断电地暖电缆13电源后，相变蓄能地暖管12和电地暖水管11均向外散热，当外界温度降低到相变蓄能地暖管12内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管12放出热量并直接传导到地面而持续供暖，直至相变结束后，温度才会继续下降；由此，可以实现电地暖和相变蓄能地暖管共同供暖。

夏天时，电地暖电缆13停止使用，向电地暖水管11中供应循环冷水，用电地暖水管11降低室内温度，此时相变蓄能地暖管12维持与电地暖水管11相同的温度；切断电地暖水管11冷源后，当外界温度升高到相变蓄能地暖管12内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管12从外界吸收热量从而降低室内温度。

该实施方式中，同样还可以改变电地暖水管11、相变蓄能地暖管12以及电地暖电缆13的组合数量和方式，恕不一一例举与赘述，但应属于本发明的公开。

实施例3：相变蓄能地暖管(蓄能管)和电热地暖结合形成相变蓄能双向调温节能地暖构件

参见图3所示，相变蓄能地暖管22外沿管方向附一条电地暖电缆(发热电缆)21，然后通过固定件23将它们连为一体，形成相变蓄能双向调温节能地暖构件的另一种形式。

该实施方式中，相变蓄能地暖管可选用PPB材料的空管，管的直径为20mm，管壁厚2mm；可选用相变温度为20℃的石蜡为相变材料，。先把塑料管的一端封闭，然后注入石蜡，石蜡的加入量为塑料管空腔的80％，随后把装料口封闭。把相变蓄能地暖管22和发热电缆21捆绑使用，得到本例相变蓄能双向调温节能地暖构件。

工程使用时，将该相变蓄能双向调温节能地暖构件铺装在地板下，电地暖装置接电时电地暖电缆21发热，此时相变蓄能地暖管22吸收热量；切断电地暖电缆21电源后，相变蓄能地暖管22向外散热，当外界温度降低到相变蓄能地暖管22内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管22放出热量并直接传导到地面而持续供暖，直至相变结束后，温度才会继续下降；由此，可以实现电地暖和相变蓄能地暖管共同供暖。

夏天时，电地暖电缆21停止使用，相变蓄能地暖管22与外界温度相同，当外界温度升高到相变蓄能地暖管22内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖管22发生相变从外界吸收热量从而降低室内温度。

该实施方式中，同样还可以改变相变蓄能地暖管22以及电地暖电缆21的组合数量和方式，恕不一一例举与赘述，但应属于本发明的公开。

实施例4：相变蓄能地暖盒(蓄能盒)和水热地暖管(水管)结合形成相变蓄能双向调温节能地暖构件

参见图4所示，选用PE-RT材料的水热地暖管41，管的直径为20mm，管壁厚2mm；将水热地暖管41置于一采用PVC制成的盒状容器中，容器尺寸300mm×300mm×20mm，其中充填由十水硫酸钠和六水氯化钙(按重量1∶5)的混合物作为相变材料，相变温度为30℃。密封充填口，形成相变蓄能地暖盒42，与水热地暖管41一体形成相变蓄能双向调温节能地暖构件的另一种形式。

工程使用时，将该相变蓄能双向调温节能地暖构件顺序排列铺装在地板下，水地暖管41相连并接通原有的循环水管，通过水地暖装置来提供热源，此时相变蓄能地暖盒42从水地暖管41吸收热量；切断水地暖管41热源后，当外界温度降低到相变蓄能地暖盒42内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖盒42放出热量并直接传导到地面而持续供暖，直至相变结束后，温度才会继续下降；由此，可以实现水热地暖管和相变蓄能地暖盒共同供暖。

同样，夏天时，向水地暖管41中供应循环冷水，用以降低室内温度，此时相变蓄能地暖盒42维持与水地暖管41相同的温度；切断水地暖管41冷源后，当外界温度升高到相变蓄能地暖盒42内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖盒42从外界吸收热量从而降低室内温度。

该实施方式中，同样还可以改变相变蓄能地暖盒42的尺寸以及其中水地暖管41的数量和排列方式，如水地暖管41在相变蓄能地暖盒42中多次弯折，恕不一一例举与赘述，但应属于本发明的公开。

实施例5相变蓄能地暖盒(蓄能盒)和电热地暖结合形成相变蓄能双向调温节能地暖构件

参见图5所示，采用PVC制成的盒状容器，容器尺寸500mm×500mm×20mm，其中充填由十水硫酸钠和六水氯化钙(按重量1∶5)的混合物作为相变材料，相变温度为30℃，密封充填口，形成相变蓄能地暖盒52；在两个相变蓄能地暖盒52之间，夹设并固定电地暖电缆(发热电缆)51而形成相变蓄能双向调温节能地暖构件的另一种形式。也可如实施例4相同的方式，将电地暖电缆51铺设在相变蓄能地暖盒52中间。

工程使用时，将该相变蓄能双向调温节能地暖构件顺序排列铺装在地板下，电地暖电缆13接通电热装置供热，此时相变蓄能地暖盒52吸收热量；断电后，当外界温度降低到相变蓄能地暖盒52内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖盒52放出大量热量并直接传导到地面而持续供暖，直至相变结束后，温度才会继续下降；由此，可以实现电热地暖和相变蓄能地暖盒共同供暖。

同样，夏天时，当外界温度升高到相变蓄能地暖盒52内相变材料相变温度时，相变蓄能地暖盒52从外界吸收热量从而降低室内温度。

该实施方式中，同样还可以改变相变蓄能地暖盒52的尺寸以及电地暖电缆13铺设的方式，如在相变蓄能地暖盒52中迴形盘转，恕不一一例举与赘述，但应属于本发明的公开。

Claims (10)

1.一种相变蓄能双向调温节能地暖构件，包括水地暖装置或电地暖装置，其特征在于，还包括与水地暖装置或电地暖装置配合使用的相变蓄能配件，所述相变蓄能配件中装有相变材料。

2.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能管，其与水地暖装置的水管并排，并通过固定件连为一体。

3.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能管，其与电地暖装置的水管并排，且水管和蓄能管外各附一条电地暖电缆，并由固定件将它们连为一体。

4.根据权利要求2或3所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述水管和蓄能管为多根，水管和蓄能管间隔排列。

5.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能管，其外附电地暖装置的发热电缆，并通过固定件连为一体。

6.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述水地暖装置的水管置于其中。

7.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述电地暖装置的发热电缆置于其中。

8.根据权利要求6或7所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述水管或发热电缆在蓄能盒内迴形盘转。

9.根据权利要求1所述相变蓄能双向调温节能地暖构件，其特征在于，所述相变蓄能配件为蓄能盒，所述电地暖装置的发热电缆固定于两蓄能盒之间。

10.权利要求1至9任一所述相变蓄能双向调温节能地暖构件的制备方法，其特征在于，制作相变蓄能配件，在一空管或盒状容器中充填相变材料，添加量为腔体积的80～90％，密封充填口；再将该相变蓄能配件与水地暖装置的水管或电地暖装置的水管和/或发热电缆固定成为一体。

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