CN105180464A - 一种能控制蓄放热量的相变墙体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，包括：相变墙体、保温饰面、换热管道、连接管道和热源装置；其中，相变墙体由定形相变材料制成，保温饰面活动设置覆盖在相变墙体表面，循环换热管道设在相变墙体内，设在相变墙体外部的热源装置经连接管道与换热管道连接成闭合式循环管路。该系统通过将换热管道设在由定形相变材料制成的表面活动设置保温饰面的相变墙体内，并将相变墙体外部的热源装置经连接管道与换热管道连接成闭合式循环管路，使得该系统将热源装置的热量蓄存在相变墙体内，蓄热过程中用保温饰面隔离，放热时移开保温饰面将墙体内的热量放出，减少房间的用热需求，实现节能的目的。

Description

一种能控制蓄放热量的相变墙体系统

技术领域

本发明涉及建筑节能领域，特别是涉及一种能控制蓄放热量的相变墙体系统。

背景技术

随着国家对建筑节能工作的推进和人们对建筑环境舒适度的要求，研究可再生能源的建筑节能技术和新型建筑节能材料对削峰填谷，节约建筑能耗提供了新的途径。相变材料(phasechangematerial,PCM)是一种具有特定功能的物质，它能在特定温度或温度范围(相变温度)内发生物质相态的变化，并且在相变过程中可在近似恒温条件下吸收或释放大量相变潜热,与显热蓄热相比具有所蓄容积小,蓄、放热效率高等特点。相变材料与建筑围护结构(墙、吊顶地板)相结合能增加围护结构的等效热容，通过相变储能作用能有效地控制传热过程，可提高建筑物的舒适度和调温能力。相变蓄能建材在白天时能通过从固态变成液态的过程吸收及储存热量来降低周围的温度，晚上周围的空气温度降低后，相变蓄能建材从液态又变回固态，再把白天储存的热量释放出来，从而实现建筑节能。但相变蓄能建材很难从室内空气中获取足够的热量，可将可再生能源作为相变蓄能建材的热源之一。蓄能建材构件的实际应用中还存在以下问题：一是蓄能建材的放热特性决定其在蓄热过程中同时放热，且短时间内能释放大量蓄存的热量，与室内蓄热量的要求不符；二是仅靠相变材料进行蓄热难度较高，同时满足建筑使用性质和良好蓄放热性能的要求的相变材料在选择和制备上有较大难度，并且提高其性能成本较高，不利于相变蓄能建材的普遍推广。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，能有效利用可再生能源作为热源，实现墙体蓄放热的可控性，减少房间用能需求，达到节能的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，包括：

相变墙体、保温饰面、换热管道、连接管道和热源装置；其中，

所述相变墙体由定形相变材料制成，所述保温饰面活动设置覆盖在所述相变墙体表面，所述循环换热管道设在所述相变墙体内，设在相变墙体外部的所述热源装置经所述连接管道与所述换热管道连接成闭合式循环管路。

本发明的有益效果为：通过将换热管道设在由定形相变材料制成的表面活动设置保温饰面的相变墙体内，并将相变墙体外部的热源装置经连接管道与换热管道连接成闭合式循环管路，使得该系统将热源装置的热量蓄存在相变墙体内，蓄热过程中用保温饰面隔离，放热时用户按自需通过增减覆盖在相变墙体上的保温饰面的面积控制墙体内的放热量，达到削峰填谷，减少房间的用热需求，实现节能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的相变墙体系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的相变墙体系统的相变墙体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的相变墙体系统的相变墙体横截面示意图；

图4为本发明实施例提供的相变墙体内换热管道的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的相变墙体内换热管道的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、2、3所示，本发明实施例提供一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，用于建筑物由墙体利用外部热源，如太阳能、地热、空气热源等供热，实现建筑供热的节能环保，包括：

相变墙体2、保温饰面5、换热管道3、连接管道4和热源装置1；其中，相变墙体由定形相变材料制成，保温饰面5活动设置覆盖在相变墙体2表面，换热管道3设在相变墙体2内，设在相变墙体2外部的热源装置1经连接管道4与换热管道3连接成闭合式循环管路。

上述相变墙体系统中，相变墙体2采用的定形相变材料由：质量分数74％的石蜡和质量分数26％的高密度聚乙烯组成，相变墙体由定形相变材料与石膏板为材料的墙板碾压制成；相变墙体内部通入与热源装置相连的换热管道，相变墙体从通入热水的换热管道内的热水吸收热量，通过相变材料发生相变过程蓄存与放出热量。相变墙体的横截面结构如图3所示，相变材料层21一侧面为经界面剂层23粘结的无抹面砂浆层24，另一侧面为涂料及面漆层22。

优选的，换热管道3盘绕方式均匀分布设在相变墙体2内，该换热管道的两个管道接口31设在所述相变墙体的一侧或分设在相变墙体的两侧。换热管道3在相变墙体内的盘绕方式为：垂直绕管式(参见图4)或上供下回式(参见图5)。

上述相变墙体系统中，热源装置1采用太阳能蓄热器、空气源热泵或者地源热泵中的任一种，优选采用为清洁能源的太阳能蓄热器，太阳能蓄热器可采用热管式真空管蓄热器或带吸热板的平板型蓄热器，用于采集热水。采用太阳能蓄热器作为热源装置时，由于太阳能作为可再生能源，使用建筑墙体本身成为一种能量来源，达到节能环保的目的。热源装置1可设在使用该相变墙体系统的建筑物外墙或建筑物顶部。

上述相变墙体系统中，换热管道3与连接管道2相连通组成一个能与热源装置连接的循环管道。换热管道3以一定形态盘绕在相变墙体2内用于供给相变墙体2热量，连接管道4连接热源装置1进、出口与相变墙体2的换热管道进、出口(即管道接口)，进一步的在相变墙体以外的连接管道4部分要进行保温处理，可在连接管道4外设置保温层，避免经连接管道4造成热流失。

上述相变墙体系统中，保温饰面5用于隔离相变墙体2以减少不必要时墙体向周围散热或辐射热。保温饰面5材料可按国家行业标准《外墙外保温工程技术规范》要求选择发泡型聚苯板(EPS)，保温饰面5表面可采用各类颜料或布艺装饰成装饰画，保温饰面5通过滚轴6活动覆盖设在相变墙体2表面，该保温饰面能沿滚轴6平行移动，蓄热时覆盖在相变墙体表面，放热时从相变墙体表面移开。所述保温饰面也可采用百叶帘式结构，方便蓄热与放热的操作。

以热源装置采用太阳能蓄热器为例，对本发明的相变墙体系统的工作方式进行说明：白天，将保温饰面遮挡在相变墙体表面；当太阳能蓄热器在太阳能照射下，蓄热器内的水接受太阳辐射的加热，温度上升，造成太阳能蓄热器与换热管道中水温不同而产生密度差，引起热虹吸现象，促使水在太阳能蓄热器及换热管道中自然流动；太阳能蓄热器中被加热的热水流动到换热管道中与相变墙体中的相变材料进行换热；相变材料由于吸热从液态变成固态进行蓄热过程，且相变墙体被保温饰面隔离在蓄热时几乎不放热，散热损失小。当夜间室内热需求加大时，减少保温饰面的遮盖范围，白天蓄存的热量通过暴露在空气中的墙面发出，散发到室内，使室内维持在适宜的温度下，减少房间对电器等其他传统途径的用热需求；在夜间，太阳能蓄热器停止工作，室内热需求变大，移开保温饰面不隔离相变墙体；此时墙体不在蓄热向室内放热，相变墙体可维持一个较好的调温功能。

下面结合具体实施例对本发明的相变墙体系统作进一步说明。

实施例1

如图1、2所示，本发明相变墙体系统包括：热源装置1、相变墙体2、换热管道3、和保温饰面4；

其中，热源装置1用于采集热水，两端与连接管道6相连。

相变墙体2内部通入与热源装置1相连的换热管道3，相变墙体2从通入的换热管道3内的热水吸收热量，相变墙体2中含有相变材料，相变墙体2通过其中含有的相变材料发生相变过程蓄存与放出热量。

换热管道3与连接管道4相连通组成的一个闭合管道。换热管道3以盘管状盘绕在相变墙体2内用于供给墙体2热量，连接管道4连接热源装置1进出口与相变墙体2的换热管道3进出口；在相变墙体以外的连接管道4做保温处理，可在连接管道4外面设置保温层。

保温饰面4用于隔离相变墙体2以减少不必要时墙体向周围散热或辐射热，保温饰面4表面可采用各类颜料或布艺装饰成装饰画，且该保温饰面4可沿滚轴6平行移动。

该相变墙体系统为自动蓄热系统，其运行方式为：在有日照时蓄热器自动运行，用户可根据需求手动控制室内保温饰面来调节相变墙体的放热效果。

若热源装置1采用太阳能蓄热器，一般情况下，系统存在以下四种典型工况：

典型工况1：12:00-16:00，日照强烈，气温较高，房间不需要相变墙体放热，将保温饰面ABCD平铺遮盖相变墙体，此时蓄热量达到最大，放热量最小，系统处于纯蓄热状态；

典型工况2：16：00-20:00日照减弱，气温开始降低，房间所需相变墙体少量放热，将保温饰面AB平铺遮盖，CD重叠，D饰面原遮挡的那部分相变墙体表面放出蓄存的热量，此时蓄热量开始减少，放热量增大，系统处于部分放热状态；

典型工况3：20:00-24:00，无日照，气温继续降低，房间所需放热量进一步增加，将保温饰面BCD重叠，CD饰面原遮挡的那部分相变墙体表面放出蓄存的热量，此时放热量进一步增加，系统处于大量放热状态；

典型工况4：0:00-8:00无日照，气温达到最低，房间所需放热量达到最大，将保温饰面ABCD重叠，BCD饰面原遮挡的那部分相变墙体表面放出蓄存的热量，此时相变墙体放热量最大。

以某一蓄热量为60W/m²的房间为例，该房间的某一内墙采用相变墙体，则在本发明所述系统和方法正常运行的情况下，通过相变墙体补充房间蓄热量达到减少房间用能的目的，达到节能效果。典型工况1时由供暖系统负担全部蓄热量，相变墙体不放热；典型工况2时由供暖系统负担45W/m²的蓄热量，相变墙体补充15W/m²的蓄热量；典型工况3时由供暖系统负担30W/m²的蓄热量，相变墙体补充30W/m²的蓄热量；典型工况4时由供暖系统负担15W/m²的蓄热量，相变墙体补充45W/m²的蓄热量。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，只在保温饰面的控制上略有差异。为了更好的对室内放热过程进行控制，本实施例将保温饰面分割成N块相同大小的小饰面或者做成百叶帘形式。用户可根据不同的热需求选择移开隔离相变墙体的保温饰面的数量，提高整个系统的灵活度。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，只在保温饰面材料选择上略有差异。保温饰面材料可选择岩棉板、EPS等。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，只在相变墙体材料选择上略有差异。相变墙体可采用质量分数不同的石蜡和高密度聚乙烯制成，也可选择其他合适的相变材料以及墙板材料制成，只需满足所制成的相变材料的相变温度与实施例1中的相变材料一致即可。

实施例5

本实施例与实施例1基本相同，只在选取相变墙体所处房间位置上略有差异。可将房间的六面墙均采用本发明相变墙体系统改造，达到更明显的节能效果。当相变墙体为外墙时，其与外界空气相接触的墙面需设置隔热保温层。

实施例6

本实施例与实施例1基本相同，只在可再生能源的选择上略有差异。可将热泵作为相变墙体的热源装置。热泵可根据房间所处地区选择空气源热泵或者地源热泵，所接换热管道方式与实施例1相同。

实施例7

本实施例与实施例1基本相同，只在热源装置的选择上略有差异。可选择带吸热板的平板型蓄热器。

实施例8

本实施例与实施例1基本相同，只在热源装置的放置位置上略有差异。可将热源装置悬挂在建筑侧面。

实施例9

本实施例与实施例1基本相同，只在保温饰面的调节方式上略有差异。可将保温饰面与自动控制装置连接，用户可通过遥控或者按钮来调节保温饰面遮盖住相变墙体的表面的范围。

实施例10

本实施例与实施例1基本相同，只在换热管道绕管方式上略有差异，换热管道采用横网结构。如图5所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，包括：

相变墙体、保温饰面、换热管道、连接管道和热源装置；其中，

所述相变墙体由定形相变材料制成，所述保温饰面活动设置覆盖在所述相变墙体表面，所述循环换热管道设在所述相变墙体内，设在相变墙体外部的所述热源装置经所述连接管道与所述换热管道连接成闭合式循环管路。

2.根据权利要求1所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述相变墙体采用的定形相变材料由：质量分数74％的石蜡和质量分数26％的高密度聚乙烯组成。

3.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述相变墙体由定形相变材料与石膏板为材料的墙板碾压制成。

4.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述换热管道盘绕方式均匀分布设在所述相变墙体内，该换热管道的两个管道接口设在所述相变墙体的一侧或分设在所述相变墙体的两侧。

5.根据权利要求4所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述换热管道在所述相变墙体内的盘绕方式为：垂直绕管式或上供上回式。

6.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述热源装置采用太阳能蓄热器、空气源热泵或者地源热泵中的任一种。

7.根据权利要求6所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述太阳能蓄热器采用热管式真空管蓄热器或带吸热板的平板型蓄热器。

8.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述保温饰面通过滚轴活动覆盖设在所述相变墙体表面，该保温饰面能沿所述滚轴平行移动；

或所述保温饰面为百叶帘式结构。

9.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述保温饰面采用发泡型聚苯板、岩棉板、EPS中的任一种。

10.根据权利要求1或2所述一种能控制蓄放热量的相变墙体系统，其特征在于，所述连接管道外设有保温层。