CN104329714B - 一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，包括地板层，所述地板层内设置有相变材料层，所述地板层下面设置有带有通风窗的通风层，所述相变材料层由依次排列设置的两端口封闭的套管构成，所述套管内穿设有凸出于套管两端口的导管，所述导管上等间距的排列设置有用于强化导热的肋片，所述套管与导管之间填充有相变材料，套管的一端还设置有接口；所述导管的一端分别与分水器相连接，另一端分别与集水器相连接，所述分水器和集水器分别设置有冷热媒进口管和冷热媒出口管。本发明可实现跨季节使用，冬季供暖，夏季辅助调节室温，具有改善空气质量，节约能耗等优点。

Description

一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统

技术领域

本发明涉及一种温度调节系统，更具体的说，是涉及一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统。

背景技术

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，供暖在冬季是必不可少的。地面辐射供暖作为一种健康卫生条件和舒适度都比较高的供暖方式，近几十年来在我国发展迅速，业已逐步成为主流供暖方式。低温地面在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度梯度，符合中医“温足顶凉”的健身理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。经过多年的发展，随着一些相应的标准和规程相继出台，地面辐射供暖技术也越发成熟和完善，但地面辐射供暖技术还是存在一定的升华空间。

供暖系统，尤其是地面辐射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。如何改进地面辐射供暖技术，使其在过渡季及夏季同样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。

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，尤其是在配合建筑冷热源使用方面最具优势，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。

专利号为CN103244997A的中国专利公开了一种计算机控制的自限温复合储能地面集中供暖系统，其中，复合储能地面从上至下分别为地面装饰层、找平层、绝热层、结构层；在找平层中铺设铁丝网；在找平层中铺设复合管和相变储能槽，在相变储能槽内设袋装相变储能材料，复合管置于铁丝网上，其铺设的方式为平面的往复螺旋形；在高度方向上，相变储能槽设在找平层上部与地面装饰层接触的位置；在水平面上，相变储能槽设在复合管的管路的空档位置；复合管为自限温水电两用自冷热水管。一次性投资低，实现了自动化控制，无区域限制，免于维护，事故率低；全谷期用电、非谷期中断负荷，节约能源，约供暖费用。该系统存在的问题是只可在供暖季使用，不可实现跨季节的应用。其次通过其描述可以推断出相变材料在此系统中仅作为蓄热单元使用，而忽略了相变材料维持室温稳定的作用。再次，通过谷期用电加热蓄能并不能实现真正意义上的显著节能。

专利号为CN201210169219.5的中国专利公开了一种由软脂酸、肉豆蔻酸、石蜡组成的太阳能相变储能复合材料。该相变储能复合材料无添加剂,相变潜热大,蓄热量高。其吸热峰在46-50℃，放热峰在44℃左右。用于地板辐射采暖，将该相变储能复合材料填装于储热罐中，将储热罐安装在太阳能热水器与热水箱之间，在夜晚或环境温度降低时，相变复合材料固化放热，从而可继续向地板辐射采暖器提供所需40℃左右的热水保证采暖正常进行。该复合材料及应用方式存在的问题是相变温度较正常室温高，夏季室温升高时也完全是凝固状态，不能够实现相变材料调节室内气温的跨季节应用，只可在供暖季进行使用。同时该专利也具有不少的优点，尤其是对可再生能源—太阳能的利用，是其较大的亮点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可实现跨季节使用，冬季供暖，夏季辅助调节室温，改善空气质量，节约能耗的可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，包括地板层，所述地板层内设置有相变材料层，所述地板层下面设置有带有通风窗的通风层，所述相变材料层由依次排列设置的两端口封闭的套管构成，所述套管内穿设有凸出于套管两端口的导管，所述导管上等间距的排列设置有用于强化导热的肋片，所述套管与导管之间填充有相变材料，套管的一端还设置有接口；所述导管的一端分别与分水器相连接，另一端分别与集水器相连接，所述分水器和集水器分别设置有冷热媒进口管和冷热媒出口管。

所述地板层设置有上下贯穿的孔洞。

所述通风层通过地板层上的孔洞与室内空气相通，通风层与南、北两侧墙体接触部分分别设有通风窗。

所述通风层采用折线形风道设计，内部有砌体结构将通风层整体空间分隔成风道形状。

所述相变材料由脂肪酸与高碳醇类的混合物制成，相变温度为15℃～30℃。

所述脂肪酸由正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸其中的一种或多种构成。

所述高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇其中的一种或多种构成。

所述脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4～97.5：2.5～53.6。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1、不论冷媒或热媒都可流经导管，为相变材料蓄冷或蓄热，实现跨季节蓄能。

2、相变材料设置在在离冷热媒最近的位置却又与冷热媒隔离开来，在保证传热效果的同时使得相变材料成为一个单独的部分，即使不依靠冷热媒的能量，也可对室内热环境起到调控的作用。

3、相变材料选用正癸酸(67.5％)+十六醇(32.5％)的低共熔混合物，其相变温度与室内温度相接近，在19-28℃之间，可以防止室内过热、过冷和温度较大的波动，材料相变潜热约为140kJ/kg，完全可以满足冬季供暖夜间室内需热要求以及夏季辅助调节室内空气温度的要求。

4、通风层的设置可以实现过渡季节空气自然循环过程，调节室内环境的同时改善室内空气质量。

附图说明

图1是本发明的整体构造结构示意图。

图2是图1中通风层的俯视结构示意图。

图3是本发明中通风层与地板层的简要结构示意图。

图4是本发明的相变材料层结构示意图。

图5是图4中套管的内部结构示意图。

附图标记：1-地板 2-相变材料层 3-通风层 4-分水器 5-集水器 6-砌体结构 7-冷热媒进口管路 8-冷热媒出口管路 9-北通风窗10-南通风窗 11-南通风窗 12-孔洞 13-套管14-导管 15-肋片 16-接口 17-相变材料填充腔

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1和图3所示：本发明涉及的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，主要包括：地板1，地板1为混凝土浇筑，相变材料层2设置在地板内部，地板上有孔洞12，上下贯穿地板1，地板1的下面设置有通风层3。

通风层3的构造参见附图2和附图3，通风层3位于地板1的下方，地面的上方，且在与地面接触到的部分均贴有45mm厚的聚苯保温板；通风层3为一个空间构造，内部有多处砖块砌体结构6将其空间分隔成风道，通风层3与建筑外墙接触处设有通风窗，其中与南外墙接触处设有两个通风窗即南通风窗10和南通风窗11，与北外墙接触处设有一个北通风窗9；通风层3与室内通过孔洞12相通，孔洞12上还设有可开启和关闭的盖板。

如图4和图5所示，相变材料层2由依次排列设置的套管13构成，所述套管13内穿设有凸出于套管13两端口的导管14，套管13两端口与导管14封闭连接成一体，套管13内的导管14上等间距的排列设置有用于强化导热的肋片15，肋片15与套管13的内壁存有一定的间隙，由此套管13、导管14及肋片15共同构成一体的相变材料填充腔17，相变材料填充腔17内填充有相变材料，套管13的一端还设置有用于填充相变材料及加装自动排气阀的接口16。

导管14的一端分别与分水器4相连接，分水器4与套管13处在同一平面，也设置在地板1中，该分水器4顶部接口与冷热媒进口管路7相连，分水器4上还设置有多个用于与导管14相连接的接口；导管14另一端分别与集水器5相连接，集水器5也与套管13处在同一平面，埋在地板1中，集水器5底部接口与冷热媒出口管路8相连，其上同样也设置有多个用于与导管14相连接的接口。

如图4所示，冷热媒进口管路7的下端与分水器4顶端接口相连，上端为一接口，可与来自冷热源的管路连接；冷热媒出口管路8，下端与集水器5底端接口相连，使整个地下管网形成同程式，其下端与集水器相连管路有一部分设置在地板内，位置与集水器5大致在同一平面，稍有坡度，并在沿坡度向下处设有三通，其中一通延伸至室外作为排水管；多根并联设置铺设于地板下的套管13以及分水器4、集水器5、冷热媒进口管路7和冷热媒出口管路8共同组成了相变材料层2。

本实施例中，套管13的管径为DN50～DN150，长度为2.5m～5.5m；导管14的管径为DN15～DN32，长度为2.7m～6m。可根据实际需要确定套管13及导管14的长度和管径，适用性较强；分水器4和集水器5直径为50mm～200mm，冷热媒进口管路7及冷热媒出口管路8的水管管径为DN15～DN100。

此外，相变材料填充腔17内设置的相变材料为脂肪酸与高碳醇类的混合物，相变温度15℃～30℃。其中脂肪酸为正癸酸、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℃。

本发明的工作过程如下：

冬季供暖：通风层3的所有通风窗均为关闭状态，热媒通过冷热媒进口管路7进入地板1内管网，将热量供给套管13中的相变材料及室内空气，进行供暖；当热媒停止供给热量时，套管13中的相变材料发生相变，将储存的相变潜热供给室内空气，继续供暖过程。

过渡季：套管13及地板1中管网处于闲置状态，通风层3的通风窗及地板1上的孔洞12可根据需求开启或关闭，实现自然蓄冷或蓄热过程，同时进行自然通风，提升室内空气品质。

夏季：当主动供冷时，通风层3的所有通风窗均处于关闭状态，冷媒通过冷热媒进口管路7进入地板1内管网，将冷量供给套管13中的相变材料及室内空气，带走热量；当热媒停止供给热量时，套管13中的相变材料发生相变，将室内空气中的热量吸收储存，继续供冷过程。当没有主动供冷时，在夜晚室外空气温度较低的时候，通风层3的通风窗开启，同时地板1上的孔洞12开启，通过室内外空气的自然循环带走室内热量，同时为相变材料蓄冷。

Claims (8)

1.一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，包括地板层，其特征在于，所述地板层内设置有相变材料层，所述地板层下面设置有带有通风窗的通风层，所述相变材料层由依次排列设置的两端口封闭的套管构成，所述套管内穿设有凸出于套管两端口的导管，所述导管上等间距的排列设置有用于强化导热的肋片，所述套管与导管之间填充有相变材料，套管的一端还设置有接口；所述导管的一端分别与分水器相连接，另一端分别与集水器相连接，所述分水器和集水器分别设置有冷热媒进口管和冷热媒出口管。

2.根据权利要求1所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述地板层设置有上下贯穿的孔洞。

3.根据权利要求2所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述通风层通过地板层上的孔洞与室内空气相通，通风层与南、北两侧墙体接触部分分别设有通风窗。

4.根据权利要求1所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述通风层采用折线形风道设计，内部有砌体结构将通风层整体空间分隔成风道形状。

5.根据权利要求1所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述相变材料由脂肪酸与高碳醇类的混合物制成，相变温度为15℃～30℃。

6.根据权利要求5所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述脂肪酸由正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸其中的一种或多种构成。

7.根据权利要求5所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述高碳醇为十二醇、十四醇、十六醇或十八醇其中的一种或多种构成。

8.根据权利要求5所述的一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节系统，其特征在于，所述脂肪酸与高碳醇类的质量比为46.4～97.5：2.5～53.6。