CN103396767A - 一种定形相变蓄热材料和制备方法及被动太阳能集热保温窗 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动太阳能集热保温窗，包括若干活动式相变蓄热保温百叶、固定框以及中空玻璃，所述固定框通过窗框上梁和窗框下梁与基础构件连接，所述活动式相变蓄热保温百叶可转动地连接在固定框内，所述中空玻璃设置于靠近室外一侧，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，其与所述中空玻璃之间形成空气层。本发明在白天使室外的阳光直射到相变蓄热复合内饰板上，使相变蓄热材料由固态变为液态，将热量储存在其中；夜间则使相变蓄热复合内饰板置于室内一侧，相变蓄热材料由液态变为固态，开始释放热量，对室内进行供暖，同时，热反射饰面保温板以及空气层对窗户进行保温，极大提高了窗户热工性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑门窗技术领域，特别涉及一种定形相变蓄热材料和制备方法及被动太阳能集热保温窗。
背景技术
窗户的特点是，白天可透过太阳光，满足室内采光以及冬季被动式采暖的需求。但由于窗户的传热系数相比墙体较大，常成为建筑保温隔热的薄弱环节。如冬季，严寒地区建筑通过窗户散失大量热能，增加了室内采暖设备负荷，不利于节约能源。
我国正处于快速城镇化和大规模建设时期，在建筑的全生命周期内，推广被动式太阳能建筑理念和技术，对于节约能源，实现与自然和谐共生具有重要意义。为此，国内科研与工程人员都在开发各种太阳能窗户，以积极有效的利用太阳能资源。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可以将窗户与太阳能利用结合，并改善窗户夜间保温性能的定形相变蓄热材料和制备方法及被动太阳能集热保温窗。
本发明技术的技术方案是这样实现的：
一种定形相变蓄热材料，其特征在于：由以下按重量份的成分组成：75-78%的石蜡、15-18%的聚乙烯或异戊二烯、0.9-1.1%的硅藻土、1.0-1.4%的硅石粉以及4.7-4.9%的石墨。
本发明所述的定形相变蓄热材料，其由以下按重量份的成分组成：78%的石蜡、15%的聚乙烯或异戊二烯、1%的硅藻土、1.2%的硅石粉以及4.8%的石墨组成。
一种如上述所述的定形相变蓄热材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤：
a）、将可膨胀石墨在800℃的马弗炉内处理30 秒，石墨的体积膨胀300-500 倍；
b）、将石蜡粉碎成细碎粉末或者将石蜡加热至80 ℃融化成液体，与硅藻土和硅石粉一起加入到膨胀后的石墨中，石墨迅速吸附石蜡，并搅拌均匀，然后将吸附了石蜡的石墨放在容器中与聚乙烯/异戊二烯物理混合均匀；
c）、将上述固态混合物投入双螺杆挤出机中加热到130-140℃熔融共混，挤出，自然冷却到常温，便得到导热强化的定形相变蓄热材料。
一种采用了上述定形相变蓄热材料的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：包括若干活动式相变蓄热保温百叶、固定框以及中空玻璃，所述固定框通过窗框上梁和窗框下梁与基础构件连接，所述活动式相变蓄热保温百叶可转动地连接在固定框内，所述中空玻璃设置于靠近室外一侧，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，其与所述中空玻璃之间形成空气层。
本发明所述的被动太阳能集热保温窗，其所述活动式相变蓄热保温百叶由复合为一体结构的相变蓄热复合内饰板以及热反射饰面保温板组成，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，所述相变蓄热复合内饰板为靠近室内一侧，所述热反射饰面保温板为靠近室外一侧，所述活动式相变蓄热保温百叶两端中部通过转动构件与固定框内侧两端可转动式连接。
本发明所述的被动太阳能集热保温窗，其所述转动构件靠近室内一端通过铰链与传动杆铰接，通过传动杆的平动带动活动式相变蓄热保温百叶在0-150°的范围内旋转，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于打开状态时，所述相变蓄热复合内饰板朝向太阳照射一侧。
本发明所述的被动太阳能集热保温窗，其所述相变蓄热复合内饰板和热反射饰面保温板交错的复合为一体，其两端形成台阶状，相邻两个活动式相变蓄热保温百叶的端部在关闭状态时相互配合。
本发明所述的被动太阳能集热保温窗，其在所述相变蓄热复合内饰板内部装填有定性相变蓄热材料，在所述热反射饰面保温板外表面涂有热反射材料。
本发明在白天转动活动式相变蓄热保温百叶，使得室外的阳光直射到相变蓄热复合内饰板上，使相变蓄热材料由固态变为液态，将热量储存在其中；夜间转动活动式相变蓄热保温百叶，使得相变蓄热复合内饰板置于室内一侧，相变蓄热材料由液态变为固态，开始释放热量，对室内进行供暖，同时，热反射饰面保温板以及空气层对窗户进行保温，极大提高了窗户热工性能。本发明将窗户与太阳能利用结合，并改善窗户的夜间保温性能，运行经济且操作简单方便。
附图说明
图1是本发明中定形相变蓄热材料板的电镜照片。
图2是本发明中保温窗的结构示意图。
图3是保温窗白天工况中旋转90°的结构示意图。
图4是保温窗白天工况中旋转150°的结构示意图。
图5是保温窗夜间及夏季工况的结构示意图。
图中标记：1为固定框，2为中空玻璃，3为窗框上梁，4为窗框下梁，5为空气层，6为相变蓄热复合内饰板，7为热反射饰面保温板，8为转动构件，9为传动杆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1：
如图2所示，一种被动太阳能集热保温窗，包括若干活动式相变蓄热保温百叶、固定框1以及中空玻璃2，所述固定框1通过窗框上梁3和窗框下梁4与基础构件连接，所述活动式相变蓄热保温百叶可转动地连接在固定框1内，所述中空玻璃2设置于靠近室外一侧，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，其与所述中空玻璃2之间形成空气层5。
其中，所述活动式相变蓄热保温百叶由复合为一体结构的相变蓄热复合内饰板6以及热反射饰面保温板7组成，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，所述相变蓄热复合内饰板6为靠近室内一侧，所述热反射饰面保温板7为靠近室外一侧，所述活动式相变蓄热保温百叶两端中部通过转动构件8与固定框1内侧两端可转动式连接，所述转动构件8靠近室内一端通过铰链与传动杆9铰接，如图3、4和5所示，通过传动杆9的平动带动活动式相变蓄热保温百叶在0-150°的范围内旋转，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于打开状态时，所述相变蓄热复合内饰板6朝向太阳照射一侧；所述相变蓄热复合内饰板6和热反射饰面保温板7交错的复合为一体，其两端形成台阶状，相邻两个活动式相变蓄热保温百叶的端部在关闭状态时相互配合；在所述相变蓄热复合内饰板6内部装填有定性相变蓄热材料，在所述热反射饰面保温板7外表面涂有热反射材料。
其中，所述定形相变蓄热材料由以下按重量份的成分组成：75-78%的石蜡、15-18%的聚乙烯或异戊二烯、0.9-1.1%的硅藻土、1.0-1.4%的硅石粉以及4.7-4.9%的石墨，在本实施例中，所述定形相变蓄热材料由78%的石蜡、15%的聚乙烯或异戊二烯、1%的硅藻土、1.2%的硅石粉以及4.8%的石墨组成。
下表为定形相变蓄热材料的热物性参数：
该定形相变蓄热材料与同类产品相比具有以下特点：
1.为了提高材料的导热系数，添加1%的硅藻土、1.2%的硅石粉、4.8%的石墨，将膨胀石墨复合到定形相变材料中，使石墨在复合材料中分布均匀，增加定型的强度，使石墨片能彼此搭接形成高效导热通道，在室温下对制备的新型定形相变材料进行了测量，添加上述成分后，定形相变板的导热系0.15W/(m ℃)提高到0.77W/(m ℃)，增大为原导热系数的5.1倍，改善效果十分明显。
2．采用聚乙烯或异戊二烯作为支撑材料，聚乙烯或异戊二烯为有机高分子材料，熔点在100℃以上，比相变材料石蜡的熔点（18-22℃）高的多，在组成的相变复合材料中形成空间网状结构，因此在相变过程中相变材料发生固液相变，而高分子支撑材料固态不变，从而保证了整个定形相变材料的形状保持不变并具有一定的强度
所述定形相变蓄热材料的制备方法包括以下步骤：
a）、将可膨胀石墨在800℃的马弗炉内处理30 秒，石墨的体积膨胀300-500 倍；
b）、将石蜡粉碎成细碎粉末或者将石蜡加热至80 ℃融化成液体，与硅藻土和硅石粉一起加入到膨胀后的石墨中，石墨迅速吸附石蜡，并搅拌均匀，然后将吸附了石蜡的石墨放在容器中与聚乙烯/异戊二烯物理混合均匀；
c）、将上述固态混合物投入双螺杆挤出机中加热到130-140℃熔融共混，挤出，自然冷却到常温，便得到导热强化的定形相变蓄热材料。
为了应用方便，可将定形相变材料制成板状、粒状直接装入活动式相变蓄热保温百叶。
本发明的工作原理：
如图3和4所示，白天转动活动式相变蓄热保温百叶，使得室外的阳光直射到相变蓄热复合内饰板3上，相变材料层由固态变为液态，将热量储存在其中；如图5所示，夜间转动活动式相变蓄热保温百叶，使得相变蓄热复合内饰板置于室内一侧，热反射饰面保温板置于靠近室外一侧，相变蓄热材料层由液态变为固态，开始释放热量，对室内进行供暖，同时，热反射饰面保温板以及空气层对窗户进行保温，极大提高了窗户热工性能。
实施例2：
所述定形相变蓄热材料由77%的石蜡、16%的聚乙烯或异戊二烯、0.9%的硅藻土、1.4%的硅石粉以及4.7%的石墨组成。
下表为定形相变蓄热材料的热物性参数：
其他与实施例1相同。
实施例3：
所述定形相变蓄热材料由75%的石蜡、18%的聚乙烯或异戊二烯、0.9%的硅藻土、1.4%的硅石粉以及4.7%的石墨组成。
下表为定形相变蓄热材料的热物性参数：
其他与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种定形相变蓄热材料，其特征在于：由以下按重量份的成分组成：75-78%的石蜡、15-18%的聚乙烯或异戊二烯、0.9-1.1%的硅藻土、1.0-1.4%的硅石粉以及4.7-4.9%的石墨。
2.根据权利要求1所述的定形相变蓄热材料，其特征在于：由以下按重量份的成分组成：78%的石蜡、15%的聚乙烯或异戊二烯、1%的硅藻土、1.2%的硅石粉以及4.8%的石墨组成。
3.一种如上述所述的定形相变蓄热材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤：
a）、将可膨胀石墨在800℃的马弗炉内处理30 秒，石墨的体积膨胀300-500 倍；
b）、将石蜡粉碎成细碎粉末或者将石蜡加热至80 ℃融化成液体，与硅藻土和硅石粉一起加入到膨胀后的石墨中，石墨迅速吸附石蜡，并搅拌均匀，然后将吸附了石蜡的石墨放在容器中与聚乙烯/异戊二烯物理混合均匀；
c）、将上述固态混合物投入双螺杆挤出机中加热到130-140℃熔融共混，挤出，自然冷却到常温，便得到导热强化的定形相变蓄热材料。
4.一种采用了上述定形相变蓄热材料的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：包括若干活动式相变蓄热保温百叶、固定框（1）以及中空玻璃（2），所述固定框（1）通过窗框上梁（3）和窗框下梁（4）与基础构件连接，所述活动式相变蓄热保温百叶可转动地连接在固定框（1）内，所述中空玻璃（2）设置于靠近室外一侧，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，其与所述中空玻璃（2）之间形成空气层（5）。
5.根据权利要求4所述的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：所述活动式相变蓄热保温百叶由复合为一体结构的相变蓄热复合内饰板（6）以及热反射饰面保温板（7）组成，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于关闭状态时，所述相变蓄热复合内饰板（6）为靠近室内一侧，所述热反射饰面保温板（7）为靠近室外一侧，所述活动式相变蓄热保温百叶两端中部通过转动构件（8）与固定框（1）内侧两端可转动式连接。
6.根据权利要求5所述的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：所述转动构件（8）靠近室内一端通过铰链与传动杆（9）铰接，通过传动杆（9）的平动带动活动式相变蓄热保温百叶在0-150°的范围内旋转，在所述活动式相变蓄热保温百叶处于打开状态时，所述相变蓄热复合内饰板（6）朝向太阳照射一侧。
7.根据权利要求6所述的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：所述相变蓄热复合内饰板（6）和热反射饰面保温板（7）交错的复合为一体，其两端形成台阶状，相邻两个活动式相变蓄热保温百叶的端部在关闭状态时相互配合。
8.根据权利要求7所述的被动太阳能集热保温窗，其特征在于：在所述相变蓄热复合内饰板（6）内部装填有定性相变蓄热材料，在所述热反射饰面保温板（7）外表面涂有热反射材料。
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