CN104296576A - 建筑用相变材料储能换热管 - Google Patents

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吕石磊
李翼然
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Abstract

本发明公开了一种建筑用相变材料储能换热管，由内、外两层钢管组成，外管的纵向同心位置设置有内管，内管与外管的管壁之间设置有圆形肋片；内管的两端分别设置有接口A和接口B；外管的两端封闭，且留出接口A和接口B；内管与外管之间为相变材料填充腔；外管的一端还设置有填充相变材料及排气阀的接口。本发明针对建筑制冷供热末端，充分发挥相变材料储能和调控室内热环境两大主要作用，对室内热环境产生明显的稳定作用，使得建筑更加宜居。

Description

建筑用相变材料储能换热管
技术领域
本发明涉及一种储能换热管，尤其涉及一种建筑用可利用相变材料储能的水—相变材料换热管。属于绿色建筑和可再生能源利用领域。
背景技术
相变材料储能技术是近年来建筑节能技术发展的热点之一，具有多重优势，集中体现在以下几点：首先，各类相变材料在相变过程中会吸收或释放相变潜热，其热量相对于显热热量要大得多，这就意味着建筑余热和余冷可储存在相变材料中，有效的避免了能量散失，具备了实现跨季节应用的基础条件。其次，相变材料种类众多，不同的材料具有不同的物理性质，可以针对某一类型建筑根据其季节性要求或使用功能进行选择。再次，相变材料是一种蓄热能力强，热惰性大的材料，其作为建筑材料应用在房屋围护结构中，不论什么季节都可对室内热环境产生明显的稳定作用，使得建筑更加宜居。最后，在相变过程进行的同时材料自身的温度几乎维持不变或变化较小，形成一个宽的温度平台，不论冬夏，室内温度始终维持在相变材料相变温度附近，室内热环境可始终保持最舒适的状态。
相变材料有多种封装及安装方式，在建筑领域中的应用主要有直接渗入法、浸入法、微胶囊和定型相变材料等几种方式。这几种应用方式主要针对的对象是建筑围护结构，着重于维持室内热环境稳定，延缓室内温度波动方面，而在配合建筑冷热源使用方面，即如何充分发挥相变材料的蓄能作用的研究尚有欠缺，目前仅限于利用简单的封装容器封装相变材料，再将其布置在如地暖盘管等室内末端周围。因此，需要一种新的封装方式，使相变材料在建筑领域的应用中可以充分体现其储能和调控室内热环境这两大主要功能。
在配合建筑冷热源使用方式中，将相变材料直接与供热制冷末端结合是最具优势的。在我国北方地区，供暖是解决居民冬季基本生活需求的社会服务，但供暖系统往往造价较高，却只能在冬季一个季节使用，而过渡季及夏季要依靠其他的室内空气调节方式来实现舒适环境的营造。这既造成了资源的浪费，还在一定程度上促成了能源结构的恶化。将相变材料以套管的方式封装在末端，在冬季、过渡季及夏季均能够应用或起到辅助调节的效果，不仅可以避免资源浪费，而且还能在一定程度上降低建筑的能耗水平，实现能源的高效利用，对我国未来的经济发展及能源战略有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种建筑用相变材料储能换热管，针对建筑制冷供热末端，充分发挥相变材料储能和调控室内热环境两大主要作用，在吸收储存建筑的余热和余冷，避免能量散失的同时，对室内热环境产生明显的稳定作用，使得建筑更加宜居。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种建筑用相变材料储能换热管，包括外管和内管，其特征在于，与外管1纵向的同心位置设置有内管2，内管2与外管1的管壁之间设置有强化传热的圆形肋片3；内管2为水管路，其两端分别设置有接口A6和接口B7；外管1的两端为封闭状，且留有接口A和接口B；内管2与外管1之间为相变材料填充腔5，相变材料填充腔5内设置有相变材料；外管1的一端侧面设置有接口4，作为相变材料填充孔及自动排气阀的接口。
所述外管1的管径为DN50～DN150，长度为2.5米～5.5米。
所述内管2的管径为DN15～DN32，长度为2.7米～6米。
所述内管2的肋片3为圆形平行排列或螺旋状，肋片高度为5mm～60mm，间距为20mm～50mm。
所述相变材料填充腔5内设置的相变材料为脂肪酸与高碳醇类的混合物，脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸；高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4～97.5：2.5～53.6；所述的脂肪酸和高碳醇的熔点都小于80℃。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明放置在房间地板或墙壁处，不仅仅只限于作为储能单元，而且还可作为围护结构的一部分，参与到室内热环境的调节过程中。
2、可全年跨季节使用，可与多种冷热源配合使用，作为供热空调系统的末端，实用性较强；同时相变材料蓄能提高了能量的利用率，增强了能量利用的合理性，可得到节能、舒适的效果。
3.相变材料以套管的方式与建筑冷热媒末端管道结合，具有以下优点：
①相变材料完全包裹冷热媒末端管道，可以在最大程度上使相变材料参与到供热和供冷过程中；②热量交换迅速，避免了能量损失；③相变材料填充量大；④封装牢固，不易泄露。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
附图标记如下：
1———外管            2———内管
3———肋片            4———接口
5———相变材料填充腔  6———接口A
7———接口B
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见附图1所示，本发明涉及的一种建筑用相变材料储能换热管，由内、外两层钢管组成，包括外管1和内管2，外管1管径为DN125，长度为2m，内管2管径为DN25长度为2.2m。内管2设置在沿外管1纵向的同心位置，内管2与外管1的管壁之间设置有强化传热的圆形肋片3，肋片高35cm；内管2为水管路，其两端分别设置有接口A6和接口B7；外管1的两端封闭，且留出接口A6和接口B7；内管2与外管1之间为相变材料填充腔5，相变材料填充腔5内设置有相变材料，为正癸酸与十六醇混合物，质量比为62.5：37.5；外管1的一端侧面设置有接口4，作为相变材料填充孔及自动排气阀的接口。
本发明的工作过程如下：
冬季时，来自热源的热水通过水管管路进入内管2换热，为房屋室内及相变材料填充腔5内的相变材料提供热量，相变材料可将热量加以储存，到晚上释放相变潜热继续为室内供热；夏季时，来自冷源的冷水通过水管管路进入内管2，将储存在相变材料填充腔5内的相变材料中的热量带走，为室内供冷，同时相变材料将多余冷量加以储存，在停止供冷后继续为室内供冷。
此外，相变材料作为建筑围护结构的一部分，大大的增加了建筑围护结构的热惰性，加大了室内温度周期变化与室外温度周期变化的延迟和衰减，使得室内热环境更加稳定。
本发明可全年跨季节使用，可与多种冷热源配合使用，作为供热空调系统的末端，实用性较强。

Claims (5)

1.一种建筑用相变材料储能换热管，包括外管和内管，其特征在于，与外管(1)纵向的同心位置设置有内管(2)，内管(2)与外管(1)的管壁之间设置有强化传热的圆形肋片(3)；内管(2)为水管路，其两端分别设置有接口A(6)和接口B(7)；外管(1)的两端为封闭状，且留有接口A和接口B；内管(2)与外管(1)之间为相变材料填充腔(5)，相变材料填充腔(5)内设置有相变材料；外管(1)的一端侧面设置有接口(4)，作为相变材料填充孔及自动排气阀的接口。
2.根据权利要求1所述的建筑用相变材料储能换热管，其特征在于，所述外管(1)的管径为DN50～DN150，长度为2.5米～5.5米。
3.根据权利要求1所述的建筑用相变材料储能换热管，其特征在于，所述内管(2)的管径为DN15～DN32，长度为2.7米～6米。
4.根据权利要求1所述的建筑用相变材料储能换热管，其特征在于，所述内管(2)的肋片(3)为圆形平行排列或螺旋状，肋片高度为5mm～60mm，间距为20mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的建筑用相变材料储能换热管，其特征在于，所述相变材料填充腔(5)内设置的相变材料为脂肪酸与高碳醇类的混合物，脂肪酸为正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸；高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4～97.5：2.5～53.6；所述的脂肪酸和高碳醇的熔点都小于80℃。
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