CN102625872A - 具有改善的热性能的贴砖系统及制造和使用该贴砖系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的各种实施方式指向贴砖系统及制造和使用该贴砖系统的方法。该贴砖系统为无论是加热应用还是非加热应用的底面和墙面覆盖物提供改善的热性能。该贴砖系统通常包括一贴砖和一离散设置的相变材料。

Description

具有改善的热性能的贴砖系统及制造和使用该贴砖系统的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年5月11日提交的申请号为61/177,244，名称为“具有改善的热性能的贴砖系统及制造和使用该贴砖系统的方法”的美国临时专利申请的优先权，在此以引用的方式将该申请的全部内容并入本申请中，就像在以下给出其全部内容一样。

技术领域

本发明的各种实施方式总体上涉及贴砖系统。具体地讲，本发明的各种实施方式涉及具有改善的热性能的贴砖系统及制造和使用该类贴砖系统的方法。

背景技术

瓷砖由于其美观性和耐磨性在作为诸如地面和墙面覆盖物的应用中得到了赞誉。与其他装饰覆盖材料(例如实木、塑料层压板和地毯)相对比，瓷砖的一个缺陷是覆盖有瓷砖的表面往往感觉较凉。在冬季的月份中，内部空间被积极地加热，外部和内部的明显温差使内部的热量将通过地和墙壁流失，这就需要通过增强瓷砖产品的隔热能力来减少通过地和墙壁流失的热量。

我们通常需要在地板下安装辐射加热系统来加热地板，如果地板被积极地加热，则瓷砖因其超强的导热能力会将热量传导至瓷砖的顶面，到达瓷砖顶面的热量可通过辐射、对流和传导方式为房间及其居住者供暖。来自地面加热系统的热能从加热元件沿各个方向扩散。通过地板向上传递的热量用于供暖，而朝向下层板流动的热量将流失。整个系统的效率将至少部分取决于朝向和远离地板顶面的热传递的相对速率。这样，除了减少通过下层板的热损失，还需要增强瓷砖从加热元件向房间传导热量的能力。另外，下层板和地基都是起散热作用的，所以，无论地板是否被直接加热，如果地板被构建为可防止或者减少下层板导致的热损失，则可提高整个系统的效率。根据上述针对地板的说明，也可将加热系统安装于墙壁上或者使其作为墙壁的一部分，并希望通过同样的考虑提高流入与墙壁的外表面邻接的空间内的热量，而减少沿相反方向的热损失。

相应地，这就需要一种具有改善的热性能的贴砖系统。为了提供这样的系统，本发明的各种实施方式也指向与该系统相关的制造和使用方法。

发明内容

本发明的各种实施方式指向具有改善的热性能的地面和墙面贴砖系统。该贴砖系统为地面和墙面覆盖物提供改善的热性能。该改进的贴砖系统，无论是加热应用还是非加热应用，通常包括一贴砖和一相变材料，即PCM，)。该PCM可利用显热和潜热储存方法确定比热容。

根据一些实施方式，一种贴砖系统包括一贴砖和一与该贴砖热连通的PCM。该PCM未包含该贴砖的一部分，并且，该PCM被配置为提高该贴砖系统的比热容。该贴砖系统还可包括一可选择设置的与该PCM热连通的加热元件，及/或一设置于该贴砖和安装该贴砖系统的地面或者墙面之间的隔热层。

在一些实施例中，该PCM是固态PCM。在另外的实施例中，该PCM是封装于导热容器(例如金属容器)中的液体PCM。类似地，在一些情况下，该贴砖是瓷砖。

该PCM可设置于多个区域中。例如，PCM可设置于贴砖背面内的空穴中，也可直接设置于贴砖背面上。

在一些实施方式中，该贴砖包含一浮式地砖或壁砖单元的一部分。该种贴砖单元可包括一衬底，使该贴砖设置于该衬底上或者设置于该衬底内的空穴中。在这些情况下，除了上述的设置区域，可将该PCM设置于该贴砖的背面与该衬底的顶面之间；可将该PCM可至少部分地设置于该衬底的顶面内的空穴中；可将该PCM完全封装于衬底中(例如在PCM包含该衬底的一部分的情况下)；可将该PCM设置于该衬底的背面上，或者设置于该衬底的背面内的空穴中；或者可将该PCM设置于上述位置的至少一个位置的组合位置上。

根据本发明的一些实施方式，一贴砖系统可包括一贴砖单元，该贴砖单元包括一衬底和一设置于该衬底上或该衬底内的空穴中的贴砖；以及，一与该贴砖热连通的PCM。该PCM未包含该贴砖的一部分，并被配置为提高该贴砖系统的比热容。可将该PCM设置于该贴砖的背面内的空穴中，直接设置于该贴砖的背面上，设置于该贴砖的背面与该衬底的顶面之间，至少部分地设置于该衬底的顶面内的空穴中，完全由该衬底封装，设置于该衬底的背面上，设置于该衬底的背面内的空穴中，或者设置于包括上述至少一种设置位置的组合位置上。

该贴砖系统还可包括一与该相变材料热连通的加热元件及/或一设置于该贴砖单元和安装该贴砖单元的地面或者墙面之间的隔热层。在某些情况下，该隔热材料可位于加热元件的下方，而该贴砖位于加热元件的上方，而PCM可位于该贴砖和隔热材料之间。

在一些实施例中，该衬底可具有一与PCM及贴砖热连通的导热元件。以该种方式，该导热元件可有利于该相变材料与该贴砖间的热传递的进行。

其他实施方式指向该贴砖系统的制造方法。该改进的贴砖系统易于制造，具有适当的制造成本和相对简单的几何结构和建筑结构。

另外的其它实施方式指向该贴砖系统的使用方法。该贴砖系统可采用如针对无灌浆贴砖产品的传统贴砖工业中标准的技术，或者更容易地可供选择的允许自行安装的技术进行安装。该贴砖系统使具有改善的热性能的贴砖表面的安装相对简单，这在贴砖系统中通常是不具有的。

通过结合附图阅读以下的具体说明，本领域的技术人员可清楚本发明实施方式的其他方面和特征。

附图说明

图1包括传统高温瓷砖的背部的示意图(a)，及具有相变材料的相同贴砖的横截侧视示意图(b)，其中，该相变材料根据本发明一些实施方式设置在贴砖的背后上的某些空穴内；

图2示出了根据本发明一些实施方式的无灌浆陶瓷地砖；

图3a为一无灌浆陶瓷地砖的底部的平面示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式设置于衬底的底部内的空穴中；

图3b为一无灌浆陶瓷地砖的横截侧视示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式设置于衬底的顶面内的空穴中；

图4包括根据本发明的一些实施方式将PCM直接设置于衬底的底面上的无灌浆陶瓷地砖的底部示意图(a)，及根据本发明的一些实施方式将PCM设置于衬底的底部内的空穴中的无灌浆陶瓷地砖的底部示意图(b)；

图5为具有两个匹配在一起的无灌浆贴砖的无灌浆瓷砖地板系统的示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式设置于瓷砖的装饰构件和衬底之间；

图6为具有两个匹配在一起的无灌浆贴砖的无灌浆瓷砖地板系统的示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式设置于衬底自身内定义的空穴中；

图7为具有两个匹配在一起的无灌浆贴砖的无灌浆瓷砖地板系统的示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式作为一添加物加在聚合物框架自身内；

图8为具有两个匹配在一起的无灌浆贴砖的无灌浆瓷砖地板系统的示意图，其中，PCM根据本发明的一些实施方式设置于聚合物框架的背部上；

图9为根据本发明一些实施方式的无灌浆壁砖单元的侧视图(a)、仰视图(b)和俯视图(c)；

图10为根据本发明一些实施方式的安装完的无灌浆壁砖系统的后视图(a)和俯视图(b)。

具体实施方式

现参照附图详细说明本发明的实施例，其中，各视图中相似的参考标记代表相似的零件。在说明的过程中，可能为各种构件指定了特定的值或参数，但这些都是作为具体实施例提供。事实上，该实施例并不能用来限制本发明的各方面和观点，因为，在应用中可采用多种适当的参数、尺寸、范围及/或数值。术语“第一”，“第二”等，以及“主要的”，“次要的”等并不表示任何顺序、数量或者重要性，仅是用于区分各构件。另外，术语“一”和“该”并不是对数量的限制，而是代表存在“至少一个”所涉及的项目。

在此公开改进的贴砖系统及制造和使用该贴砖系统的方法。无论是加热还是非加热应用，地面还是墙面应用，在此说明的改进的贴砖系统通过增强贴砖储存和释放热能的能力提高了对房屋进行加热及/或制冷的效率，进而减小了动态温差，而该动态温差在通常情况下会得到扩大且是不期望有的加热或者热损失的驱动力。另外，获得这些优点的方法与建立的贴砖及其他地面或者墙面装饰物的制造和安装工艺相一致。本发明的各种实施方式允许产品具有改善的热性能，且不会影响产品其他的在通常情况下所需要的性能，即耐磨性、美观性和易于安装性。

热量从较热的区域或者物体传递至较冷的区域或者物体，传递热量的总的时间(即“速率”)由“热”和“冷”物体间的温度差(即“温度梯度”)及所涉及物体的辐射、对流和导热性决定。对于房屋，明显的热量流失经由辐射发生，特别是经由窗户和屋顶的流失。在较冷的气候下，通常要对房屋进行良好的隔热，以减少房屋因传导、对流和辐射从内部的墙壁到达外表面的热量。热量也可能从房屋内经由地板流失，热量在地板处通过下层板到达地基内；或者，热量也可能经由墙壁流失，热量在墙壁处以辐射或者对流方式传递至外墙。如果可以减少热量的传递及/或可以减小受温度调节的空间与其邻接的环境(例如地板、墙壁和屋顶)间的温度梯度，将可以降低与对房屋进行加热和制冷相关的费用。

为了达到该目标，在此公开的贴砖系统通常包括一(即至少一个)贴砖和一相变材料(PCM)，该相变材料并不包含贴砖自身的一部分。该贴砖可以是任何类型的贴砖，包括瓷砖，大理石砖，花岗岩砖，石英砖，天然石材砖，瓷质砖，玻璃砖，各种金属或者聚合物砖，木板，层压地砖(即浮式地板单元)等。另外，该贴砖可以是传统的(即非浮式的)地砖或者壁砖，或者该贴砖可根据将在以下详细说明的方式加入浮式地砖或者壁砖系统中。

现以瓷砖为参照进行说明，在此给出参照的目的是为了便于说明，而不是用于限制本发明的实施。那些本领域的技术人员应当认识到，在以下说明的实施方式中，公开的该方案也适合利用例如是上面列出的那些贴砖的其他类型的贴砖代替瓷砖的情况。

表1给出了传统瓷砖与其他类型地板和壁板材料相比较的热性能。相对大多数其他的建筑和工程材料(例如壁板、保温材料、木镶板、地毯、层压地板、聚合物等)而言，瓷砖总体上具有较高的导热率(即导热系数)。另外，瓷砖通常具有较高的吸热系数，吸热系数是将多种材料性能(比热容、密度和导热系数)结合为单一参数的一个指标。吸热系数衡量较冷的物体在与较热的物体接触时的吸热速率。表1中的吸热系数的值说明了未加热的瓷砖地板为何会比采用木材、塑料层压板或地毯制成的地板“感觉”凉，因为，瓷砖可更快地将自身的热量传导出去。

表1

所有测量值均是对应25℃的测量值。

-表示25℃下的数值是对在稍高温度下测得的数据进行外推得到的。

表2示出了各种类型的标准瓷砖产品的通常所知的热性能值的范围。这些性能值的极限在一致的努力下可稍微扩展，但要获得大幅度的增大或减小是不可能的，特别是对于比热容。这样，就需要有提高瓷砖产品的例如是比热容的热性能值的方法。

表2

材料典型的是通过温度的升高储存热量，通过该种方式储存的热能被称为“显热”。物体可储存的显热的量由物体的比热容确定，比热容与建筑材料及结构(例如有孔的相对高密度的)相关。还有一种储热机制，该种机制中物质改变其物理状态时储存或释放的“潜热”基本是发生在恒定的温度上。固体熔化形成液体为潜热吸收的一个实施例，而液体凝固形成固体为潜热释放的一个实施例。

PCM在其温度升高时储存显热。PCM在到达特定温度时将经历相变，并可储存相对大量的潜热。在涉及潜热的转变过程中，直到完成相变，温度才会明显升高或者降低。大部分常用的PCM经历固-液相变(即熔化)。石蜡和水合盐是典型的PCM，由于他们在相变时要熔化，因此在使用PCM时，特别是在使用腐蚀性盐时，密封方法或设计是一项要考虑的基本问题。

一些PCM在低于他们的熔点的温度上经历次要的固-固相变。虽然固-固相变吸收或者放出的潜热通常低于固-液相变吸收或者放出的潜热，但固态PCM(SS-PCM)对于一些应用也是有吸引力的，因为，他们不需要考虑密封方法或者设计。为了更好地利用熔化为液体的PCM，在壳内封装固-液PCM的方法已得到了发展，其中的壳是由一些相和形状在使用的温度范围内可保持稳定的其他材料制成。

本发明的贴砖系统可利用液体PCM和SS-PCM。液体PCM在使用时被装入容器或者壳中，以防止液体PCM泄漏或者流到外部环境中。该种容器或壳应当由导热材料制成，使PCM和贴砖之间的热传递更易于进行。

可将PCM加在贴砖的多个区域中，或者加在邻近贴砖的多个区域中，根据上述说明，在一些实施例中，该贴砖可以是利用黏性固定剂或者树脂固定剂直接安装于地面或者墙面上的传统的或者非浮式贴砖。在另外的实施例中，可将该贴砖加在浮式贴砖系统中，浮式贴砖系统中的贴砖自身通过一些中间衬底或者基础结构或者结构间接安装于地面或者墙面上。无灌浆贴砖系统中的单个贴砖单元是具有使这样的贴砖安全和易于安装的必要的装置的复合结构，这样的贴砖即为未利用附加固定剂或灌浆材料设置于地面或者墙面上的贴砖。浮式贴砖系统的实施例包括所谓的“无灌浆贴砖”地面或者墙面系统。无灌浆贴砖地面系统在已受让的公开号为2008/0184646的美国专利申请中和公开号为WO 2008/097860的国际专利申请中给出了详细的说明，在此以引用的方式将上述申请的全部内容并入本申请中，就像在以下给出其全部说明一样，为此，以下仅简要地说明了该种无灌浆贴砖地面系统。类似地，无灌浆贴砖墙面系统在已受让的申请号为PCT/US2009/068113的国际专利申请中给出了详细的说明，在此以引用的方式将上述申请的全部内容并入本申请中，就像在以下给出其全部说明一样，为此，以下仅简要地说明了该种无灌浆贴砖墙面系统。

在非浮式地面或者墙面系统的一个实施例中，加工为具有包含空穴的背部图案的瓷砖具有设置于其背部上的固态PCM或者封装的液体PCM，PCM和瓷砖通过化学及/或机械手段结合在一起。图1示出了一种这样的复合贴砖，可利用工业标准方法(例如利用粘性灌浆材料)安装该种复合贴砖。

图1a为传统高温瓷砖的背部示意图，该高温瓷砖整体被标记为数字100。贴砖100的背部包括六边形凹进的空间/区域或者空穴102。该种图案通常设计在瓷砖内，因为，这些图案可节省材料，并便于在制造期间进行若干单元的操作。所示的图案是可在瓷砖背部上形成的可容置PCM的许多图案中的一种。在图1a所示的图案中，对于传统的12英寸×12英寸的瓷砖，可通过许多方法将约30毫升至约40毫升(ml)的PCM设置于约0.7毫米(mm)深的空穴中，并可大幅度的增加背面图案的容积。

图1b为一种包含PCM的瓷砖100的侧视图。根据图中所示，PCM104被加在若干空穴102的一部分中。应当注意的是，其中设置有PCM104的空穴102的数量可根据实际应用和所期望的储热水平而变化。如果期望储存较多的热量，则将较多数量的PCM104设置于瓷地砖或者壁砖100的空穴102中。用于设置PCM的特定区域也可根据特定应用进行调整。

在另一非浮式地面或者墙面系统的实施例中，瓷砖可具有一平的或者基本平的背部，并将至少一个PCM直接设置于贴砖的背面上。固态PCM或封装的液体PCM可通过化学及/或机械手段与贴砖的背面结合。就像背部具有空穴的贴砖一样，可利用工业标准方法进行安装该种复合贴砖。

相对非浮式贴砖，在使用无灌浆贴砖地面或墙面系统时，可将PCM加在许多区域内。PCM可：1)加在瓷砖的背部图案中(其已在上面针对非浮式贴砖系统给出说明)；2)加在瓷砖的底面与无灌浆贴砖的基底或者衬底层的顶层之间的连续层中；3)加在形成于无灌浆贴砖的基底或者衬底层的内部的空穴中；4)作为无灌浆贴砖的基底或者衬底层的装填物/组件；5)加在无灌浆贴砖的基底或者衬底层的背部图案中；6)加在上述五种位置的至少一种的组合位置上。

出于便于说明但并非限制实施的目的，现以无灌浆贴砖地面系统为参照进行说明，该无灌浆贴砖地面系统中的各贴砖由聚合物框架或者衬底包围，进而提供一种所谓的“无灌浆贴砖”单元。该种无灌浆贴砖单元和系统同样在已受让的公开号为2008/0184646的美国专利申请中和公开号为WO 2008/097860的国际专利申请中给出了详细的说明，这些地面系统的贴砖单元除了具有由聚合物框架包围的瓷砖外，通常还包括用于连接相邻无灌浆贴砖的机械接头。

图2示出了一示例性无灌浆地砖，其可用在本文公开的贴砖系统中。该无灌浆贴砖整体以数字200进行标识。无灌浆贴砖200包括一耐用的装饰构件202(例如瓷砖，大理石砖，花岗岩砖，石英砖，天然石材砖，瓷质砖，硬木板，实木复合板，玻璃砖，各种金属或者聚合物砖等)，该装饰构件202设置于衬底204上。如上所述，出于方便，在说明贴砖单元的过程中，该装饰构件202将以瓷砖为例进行说明。

可通过多种方法将装饰构件202固装于衬底204上。衬底204可由适当的材料构成，该材料是抗化学品的，抗污染的，至少部分未穿透的，以及可以足够的精度成型的。在实施例中，衬底204由聚合物材料制成。虽然图2中示出的无灌浆贴砖单元200为方形，但应当清楚的是，也可选择其他形状的无灌浆贴砖(例如圆形、矩形、菱形、六边形、八边形和三角形等)。

图2所示的衬底204设计为相对装饰构件202具有较大的尺寸，使装饰构件202可置于在衬底204内形成的凹槽中。如有必要，装饰构件202的顶面和衬底204的顶面可形成连续的表面。衬底204包括一沿衬底204的侧边或者侧壁设置的凸缘部206。凸缘部206是提供机械接头的区域，机械接头设计为可将一个或者多个相邻的无灌浆贴砖200耦接在一起。在利用凸缘部206的机械接头将二个或者多个相邻无灌浆贴砖200耦接在一起时，就在相互耦接的贴砖单元200的与装饰构件202的顶面邻接的衬底204的顶面处呈现完成灌浆的效果。

图3为图2所示无灌浆地砖的一种设计结构的背部示意图和横截侧视图。在图3a所示的背部示意图中，无灌浆贴砖300包括衬底304和装饰构件302(切割出的圆中示出了装饰构件302的背面)。衬底304包括沿衬底304的侧边或者侧壁设置的凸缘部306，该凸缘部306用来形成用于耦接相邻无灌浆贴砖的机械接头。衬底304还包括多个空穴308。该空穴可在模制衬底304时形成或者可在制造出衬底后通过移除部分衬底304形成，这些形成的空穴308可用于容置PCM310。

在图3b所示的无灌浆地砖300的横截侧视图中，瓷砖装饰构件302位于衬底302内的凹槽或者沟槽中，如上所述，期望衬底304在其顶面上具有额外的用于容置PCM310的空穴。应当注意的是，替代(除了)将PCM设置于衬底304内的空穴中，还可将至少一个PCM310直接设置于衬底的顶面上，进而在瓷砖装饰构件302和衬底304间形成夹心结构。

为了生产出该种设计结构，可将PCM310的粘着层或分离部粘附于瓷砖构件302上，或者简单地抵在瓷砖构件302上。接下来，可利用形成衬底304的聚合物材料在结合有PCM310的瓷砖构件302周围进行模制。可替换地，在模制完衬底304后，使PCM310熔化并插入模制于聚合物衬底304内的空穴中。

图4为图2所示无灌浆地砖的另一种设计结构的背部示意图。在图4a的背部示意图中，仅示出了衬底404。衬底404包括沿衬底404的侧边或者侧壁设置的凸缘部406，该凸缘部406用来形成用于耦接相邻无灌浆贴砖的机械接头。衬底404还包括多个伸出腿412，伸出腿可用于在安装无灌浆贴砖的铺砌面上至少部分地支撑无灌浆贴砖。在该种设计中，可将PCM410直接设置于衬底404的背面上。

在图4b所示的背部示意图中，同样仅示出了衬底404，可替换的是，类似于图3a的设计结构，可将PCM410设置于位于衬底404的背部内的空穴408中。类似于图3a所示的空穴308的设计结构，该种设计中的空穴408可被配置为贯穿衬底404的整个厚度，使PCM410与瓷砖装饰构件(未示出)的背部直接接触。

从而，图3和4中所示的空穴可设计为容置PCM，使PCM直接与瓷砖的背部接触及/或直接与瓷砖和下层板间的隔热聚合物衬底接触。无论PCM是加在衬底底部还是顶部的空穴中，都不会降低复合贴砖结构的机械完整性或机械强度。这样，就可在下面为顶部的瓷砖构件提供足够的结构支撑。

图5至8给出了利用无灌浆地砖系统的各种实施例的附加示意图，所示的PCM位于多种区域中。这些视图均示出了匹配在一起的两个无灌浆贴砖。例如，图5中，PCM510设置于瓷砖构件502和衬底504之间，并既与瓷砖构件502接触，又与衬底504接触。图6中，PCM610设置在定义于衬底604内的空穴中，但其并未与瓷砖构件602接触。图7中，PCM710作为添加物加在衬底704自身中。图7中的PCM710也未与瓷砖构件702接触。最后，图8中的未与瓷砖构件802接触的PCM810设置于衬底804的背部上。

出于便于说明但并非用于限制实施的目的，现以这样的无灌浆贴砖墙面系统为参照进行说明，即包括贴砖单元、底托单元、配置为将底托单元固定于墙面上的墙面固定装置，和配置为将贴砖单元固定于底托单元上的贴砖单元固定装置的无灌浆贴砖墙面系统。通常，底托单元占据墙面区域的一小部分(例如小于30％)。在将贴砖单元固定于底托单元上，并将底托单元固定于墙面上时，贴砖单元的至少一部分未与墙面直接接触，未接触的这部分至少对应其固定于底托单元上的那部分，且可包括直到贴砖单元的整个表面。该种无灌浆贴砖单元和系统同样在已受让的申请号为PCT/US2009/068113的国际专利申请中给出了详细的说明。

这些无灌浆壁砖系统中使用的贴砖单元可设计为类似无灌浆地砖单元的结构。即这些贴砖单元可包括设置于聚合物框架或衬底的凹槽或者沟槽内的装饰贴砖构件。但是，由于这些贴砖单元通过贴砖单元固定装置保持于所在的位置上，因此他们不需要任何用于连接相邻无灌浆贴砖单元的机械接头。

图9示出了该种贴砖单元的一个实施例。图9包括无灌浆壁砖单元900的侧视、俯视和仰视图。根据图示，该无灌浆壁砖单元包括四个设置于衬底904内的沟槽中的装饰瓷砖902。衬底可包括用于与贴砖单元固定装置(未示出)相匹配的凹进的底托点918。如果瓷砖902的边缘并不配合在一起，则可在给定的贴砖单元900中的瓷砖902间的空间内设置密封剂912。也可选择利用胶粘剂或者固定剂914将瓷砖902固定于相应的位置上。

图10示出了无灌浆壁砖系统的另一个实施例。图10包括所安装的无灌浆壁砖系统的主视和后视图，其中，无灌浆壁砖单元1000通过底托单元1020安装于墙面(未示出)上，该底托单元1020采用类似铁轨的结构。该类似铁轨的底托单元通过可以是螺丝、钉子、螺钉等的底托单元固定装置(未示出)固定于墙面上。无灌浆壁砖单元1000包括设置于衬底或者平台1004上的装饰瓷砖构件1002。衬底1004包括贴砖单元固定装置1018，贴砖单元固定装置1018为可连接在类似铁轨的底托单元1020上的夹子或者钩子等形式。如图10a的已安装的贴砖系统的后视图，在贴砖单元1000的瓷砖1002和将与类似铁轨的底托单元1020的背面直接接触的墙面间具有间隙或者设计空间。

正如无灌浆地砖单元的实施例所示的，可将PCM设置于无灌浆壁砖单元的多个区域中。特别是可将PCM设置于衬底的顶面和装饰瓷砖构件的底面之间、设置于衬底顶部及/或底部上的空穴中、作为装填材料设置于衬底中，及/或设置于装饰瓷砖构件自身的背部上的任何空穴中。除了这些区域，在贴砖系统允许的情况下，还可将PCM设置于贴砖单元和墙面自身间的间隙或者设计空间中。该种方式由于相对试图将PCM设置于无灌浆贴砖单元的衬底中而言可以更少的关注空间问题，因此，可使用较大的PCM的连续层。

利用不需要黏性或者树脂浆状材料进行安装的所谓的无灌浆贴砖的墙面或地面贴砖系统还具有更易于安装，以及非破坏性/暂时移除的功能(例如用来检查和维修)和可重新装配贴砖系统的功能。另外，用于形成瓷砖的衬底的材料可由一种或者多种有区别的可提供特定固有热性能的材料形成。例如，当衬底由聚合物(例如聚亚安酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等)泡沫形成时，衬底可具有对贴砖背面后的贴砖隔热的性能。这可减少去往或者来自面向贴砖的装饰顶面的空间的热量的流动。在另一实施例中，衬底可设计为便于热量在贴砖和PCM间传导，例如，可将包括导热材料(例如金属、石墨等)的组分设置于瓷砖与PCM之间，这使得热量更易于在瓷砖与PCM间传递。还有一个将衬底设计为在瓷砖与PCM间具有导热材料的实施例，即将隔热材料设置于这些PCM的未与瓷砖导热接触的表面周围。该种设计可减缓或者阻止热量在PCM与在其上安装贴砖系统的墙壁或地间传递，而且同时还便于热量在瓷砖与PCM间传导。

在一些实施例中，在此说明的改进的贴砖系统可包括加热元件，该加热元件设置于可与PCM热连通的位置上。对于非浮式壁砖或者地砖，可将该加热元件设置在贴砖与地面或者墙面之间。对于浮式壁砖或者地砖系统，该加热元件可包括在衬底中，就像成为衬底的一部分一样，或者可独立于贴砖单元设置。该可选择设置的加热元件可通过为PCM提供热量激活PCM，PCM继而可将该热量更有效地传递给瓷砖。可利用已知的在传统的辐射供暖系统中使用的技术控制该加热元件。本领域那些技术人员应当清楚本发明的各种实施方式适合的该种技术。

在此说明的贴砖系统也可提供一可选择设置的隔热层，以进一步降低热损失。例如，对于非浮式地砖或者壁砖，该隔热层可以是设置在瓷砖之间的薄的织物或泡沫衬垫，其中，瓷砖的背面上及/或瓷砖背面上的任何空穴内包含有PCM。对于浮式地板，可将可选择设置的隔热层设置于衬底与墙面或者地面之间；在PCM设置在瓷砖与衬底的顶面之间的情况下设置于PCM与衬底表面之间；设置于衬底的底面内的空穴中，使PCM位于隔热层与衬底内的空穴的底部之间；及/或类似的设置位置。

在某些实施方式中，无论是否使用瓷砖或无灌浆贴砖，瓷砖自身可具有一化学式和结构，这样，相对标准瓷砖可改善瓷砖自身固有的热性能。

在使用期间，在此说明的贴砖系统将能够储存潜热或者从他们所处的环境(即安装贴砖系统的“空间”)中吸收热能，但伴随他们的温度的升高幅度不会如未设置PCM的贴砖那样大。温差为表面之间发生热传导、热对流或热辐射的驱动力，在温度升高降低的情况下获得储热的能力将减少不期望发生的热传递(即热“损失”)。就是这些不期望发生的热传递使更多的能量消耗在为居室加热或制冷的过程中。从而，采用在此说明的贴砖系统，将利用作为无源装置的PCM提高储热能力，并达到节能效果。

类似地，对于还包括可选择设置的加热元件的贴砖系统，PCM可进一步提高地板或者壁板的比热容，因此，允许将来自加热元件的更多热量传递至，并储存至地板或者壁板中。另外，这种额外的热量在与未使用PCM所需的温度相比较低的加热元件温度下传递并存储于地板或壁板中。由此，加热系统呈现较高的总体效率。这样的事实的原因是热量在背向贴砖表面的方向上(即朝向地或墙方向)的传递被认为是热损失，且热损失的量通常随加热元件温度的升高而增加。从而，如果较低的加热元件温度即可获得相同或者更好的效果(即等量或者更多的热量传递至贴砖，并最终进入安装贴砖系统的房间内)，则将提高系统的总体效率。

在此公开的贴砖系统可以多种方式使用。例如，该贴砖系统可简单地用于将热量传递至贴砖表面及传递来自贴砖表面的热量，使热量传递至安装贴砖系统的房间或者环境中和传递来自安装贴砖系统的房间或环境的热量。另外，该贴砖系统可用于降低例如加热、通风和空调成本方面的能量消耗。这可利用与包含PCM的贴砖系统相匹配的热流动力学(例如包括实际存储和释放的热量，热量传递的速率等)实现，使热量的释放发生在一天中所期望的时间上。例如，该贴砖系统可配置为具有经恰当选择的PCM、贴砖材料和上述说明的其他可选择设置的元件，使PCM在日间吸收热量，并在太阳落山后的夜间释放热量，这样，可以降低空调系统的载荷和提高其效率，并可节省电费。类似地，根据特殊应用的需求，可将该贴砖系统配置为由PCM在日间将热量传递至贴砖表面(并最终传递至安装贴砖系统的房间或环境中)，并在夜间吸收热量。

本发明的各种实施方式将通过以下的非限制性实施例作进一步说明。

实施例1：计算加入PCM的有益效果

该实施例说明了在瓷砖产品中加入PCM可具有的效果。在该分析中，对许多PCM候选者的潜热储存能力与典型瓷制瓷砖的显热储存能力进行了比较，测量PCM候选者的潜热储存能力时使他们在室温附近的温度范围内(即约20℃至40℃)发生他们的相变，典型瓷制瓷砖的尺寸为12英寸×12英寸，且重量为约1.5千克，另外，一复合贴砖包括相同的典型瓷制瓷砖，且封装有约350克的在上述的相同温度范围内发生相变的聚亚安酯。

需要的设定为两种类型的贴砖中均具有可用于容置PCM的容积，以及所涉及的温度范围。一典型瓷砖的背面的背部图案的容积设定为30立方厘米。设定该种贴砖的蓄热能力在所涉及的温度范围内为24,060焦。类似地，无灌浆贴砖聚合物框架中的可用空间的容积设置为100立方厘米，且设定该种无灌浆贴砖在所涉及的温度范围内的蓄热能力为33,657焦。

表3¹(¹Douglas C.Hittle[“地板中的用于储存热能的相变材料(Phase Change Materialsin Floor Tiles for Thermal Energy Storage)”，2002年10月，授予号(Award No.)：DE-FC26-00NT40999])给出了PCM候选者的已知性能。这些性能包括转变温度、熔解热和密度。

基于PCM候选者的性能和设定的贴砖构件的容积和蓄热能力计算得到表4中的数据。根据表3的数据所示，使用PCM的结果是对潜热储存能力有影响，潜热储存能力实质上是两种贴砖，特别是使用者可在其结构中加入更多PCM的复合或无灌浆贴砖，的固有蓄热能力的一部分。因PCM的作用，表4中的数据未说明显热储存的增加，但这个储热元件可进一步增加包含PCM的贴砖的总的储热能力和效力。

表3

表4

本发明的实施方式并不局限于在此说明的特定元件，过程步骤，及材料，此种元件，过程步骤，及材料可稍微变化。而且，在此提及的技术仅是为了给出具体实施例，并不意于限制所能使用的技术，本发明的各种实施方式的范围仅由所附的权利要求要求保护的技术方案及等同的技术方案限定。

因此，虽然在此参照特定的实施例说明了实施方式，但那些本领域的技术人员应当清楚，可在由所附的权利要求书限定的保护范围内进行变形和修饰。相应地，本发明各种实施方式的保护范围也不应限制为上述说明的实施方式，其应当仅由以下的权利要求要求保护的技术方案及所有的等同技术方案限定。

Claims (20)

1.一种贴砖系统，包括：

一贴砖；以及，

一与该贴砖热连通的相变材料，其中，该相变材料未包含该贴砖的一部分，并且，该相变材料被配置为提高该贴砖系统的比热容。

2.根据权利要求1的贴砖系统，还包括一加热元件，该加热元件与该相变材料热连通。

3.根据权利要求1的贴砖系统，还包括一隔热层，该隔热层设置于该贴砖和安装该贴砖系统的地面或者墙面之间。

4.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该贴砖是瓷砖。

5.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该相变材料是固态相变材料。

6.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该相变材料是封装于导热容器中的液体相变材料。

7.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该相变材料设置于该贴砖的背面内的空穴中。

8.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该相变材料直接设置于该贴砖的背面上。

9.根据权利要求1的贴砖系统，其中，该贴砖包含一浮式地砖或壁砖单元的一部分。

10.根据权利要求9的贴砖系统，其中，该浮式地砖或壁砖单元还包括一衬底，其中，该贴砖设置于该衬底上或者设置于该衬底内的空穴中。

11.根据权利要求10的贴砖系统，其中，该相变材料位于该贴砖的背面与该衬底的顶面之间。

12.根据权利要求10的贴砖系统，其中，该相变材料至少部分地位于该衬底的顶面内的空穴中。

13.根据权利要求10的贴砖系统，其中，该相变材料包含该衬底的一部分，并完全由该衬底封装。

14.根据权利要求10的贴砖系统，其中，该相变材料设置于该衬底的背面上，或者设置于该衬底的背面内的空穴中。

15.一贴砖系统，包括

一贴砖单元，该贴砖单元包括一衬底和一设置于该衬底上或该衬底内的空穴中的贴砖；以及，

一与该贴砖进行热交换的相变材料；

其中的该相变材料未包含该贴砖的一部分；

其中的该相变材料被配置为提高该贴砖系统的比热容；以及，

其中的该相变材料设置于该贴砖的背面内的空穴中、直接设置于该贴砖的背面上、设置于该贴砖的背面与该衬底的顶面之间、至少部分地位于该衬底的顶面内的空穴中、完全由该衬底封装、设置于该衬底的背面上、设置于该衬底的背面内的空穴中，或者设置于包括上述至少一种设置位置的组合位置上。

16.根据权利要求15的贴砖系统，还包括一加热元件，该加热元件与该相变材料热连通。

17.根据权利要求15的贴砖系统，还包括一隔热层，该隔热层设置于该贴砖单元和安装该贴砖单元的地面或者墙面之间。

18.根据权利要求15的贴砖系统，其中，该相变材料是固态相变材料。

19.根据权利要求15的贴砖系统，其中，该相变材料是封装于导热容器中的液体相变材料。

20.根据权利要求15的贴砖系统，其中，该衬底包括一与该相变材料及该贴砖热连通的导热元件，其中，该导热元件有利于该相变材料与该贴砖间的热传递的进行。

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