CN105352015B - 基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，包括蓄热内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层及外墙体；所述内墙体包括内墙表面装饰材料层和内墙相变蓄能板；所述主被动通风系统包括通风腔体、上风口、下风口、无声风机和挡风翅片；所述的毛细管网系统是由主供水管、主回水管及支管网组成，所述保温隔热层包括保温隔热层Ⅰ和保温隔热层Ⅱ，所述保温隔热层贴附在外墙体内表面，所述保温隔热层Ⅰ内表面贴附有外墙相变蓄能板。本发明更充分合理地利用相变蓄热墙体的蓄、放热能力，提升了室内环境的热舒适度。

Description

基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统

技术领域

本发明属于相变材料蓄热及通风技术领域，具体涉及一种基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统。

背景技术

近年来，建筑能耗在总能耗中所占的比例越来越大，相对于目前已有的节能技术，相变储能技术是一种潜热储存技术。相变材料可以将一定形式的能量在特定的条件下储存起来，并在特定的条件下释放出来，这一特点能够有效地减缓室内温度的波动，使温度维持在人体舒适区内。目前，相变材料在的建筑节能领域应用主要体现在两方面：一方面是被动式节能，充分利用自然界的冷热源例如太阳能，边储存边释放；一方面是主动式节能，利用人工冷热源储能，这种方式可以通过“削峰填谷”的作用达到建筑的节能运行。

相变材料与传统建筑材料掺混制成相变墙体，夏季相变墙体可以降低室外环境对室内的传热量，降低室内的峰值温度；冬季相变墙体可以吸收热量，提高室内的谷值温度，降低室内的负荷。但是相变墙体存在蓄、放热效率低的问题，且相变墙体的蓄、放热效率在很大程度上会受到外界环境的影响。可以在相变材料中添加石墨来改善其导热性能，进而改善蓄、放热效率，但这种改善非常有限。

目前关于相变材料与内墙体耦合的相关技术文献很多，但大都局限于被动式调节，即使考虑了主动式系统，但很多研究却不能与内墙系统有效的耦合。采用主动进行墙体内通风的方式替代原先被动的建筑节能方式，可以减小墙体的厚度，用流动带温度的空气增强主动式管网系统与室内空气的换热强度，将太阳能、空气能或地源能等可再生能源提供的冷热去调整进入室内的空气温度，从而达到建筑节能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，从而解决背景技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，包括内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层、外墙体，所述内墙体包括内墙表面装饰材料层和内墙相变蓄能板；所述内墙表面装饰材料层包括内墙表面装饰材料层Ⅰ和内墙表面装饰材料层Ⅱ，所述内墙相变蓄能板通过相变蓄能板总支架、装定孔与内墙表面装饰材料层紧密贴合；所述主被动通风系统包括通风腔体、上风口、下风口、无声风机和挡风翅片，所述通风腔体设置在内墙体与外墙体之间，所述挡风翅片设置在通风腔体内，所述挡风翅片表面设置有挡风翅片表面吸热材料层，所述上风口设置有自动调节百叶，通过百叶支架固定，所述下风口是由三个带格栅的进风口组成，所述无声风机设置在内墙体的上端；所述内墙体与外墙体之间设置有主动式毛细管网蓄能系统，所述主动式毛细管网蓄能系统包括主供水管、主回水管和支管网，所述保温隔热层包括保温隔热层Ⅰ和保温隔热层Ⅱ，所述保温隔热层贴附在外墙体内表面，所述保温隔热层Ⅰ内表面贴附有外墙相变蓄能板。

所述的内墙相变蓄能板由相变蓄能模块组成，所述相变蓄能模块通过相变蓄能模块支架、装订孔与内墙表面装饰材料层Ⅰ紧密贴合，通过热交换为室内提供辐射换热。

所述相变蓄能模块是由的铝合金材料制成的厚度为6mm-8mm的容器，容器表面设置有凹槽和卡盘，所述凹槽弧度的直径与支网管的直径一致，两者紧密贴合，所述卡盘通过内墙系统布置区域框架与内墙表面装饰材料层贴合，所述相变蓄能模块内部设置有翅片，翅片之间的间距为15mm-20mm，翅片厚度为1mm-2mm，高度为3mm-5mm。

所述相变蓄能模块表面涂有内墙相变蓄能板表面吸热材料层，所述内墙相变蓄能板表面吸热材料层采用的相变材料为石蜡，所述石蜡中加入5%-10%的石墨烯，将二者搅拌成粘稠状，增加相变材料的导热性能。

所述室内墙体与外墙体之间的通风腔体的宽度为40mm-60mm，通风腔体可根据实际送风及换热量需要确定其宽度。

所述下风口为是由三个带格栅的进风口组成，其尺寸大小可根据室内空间配置。

所述上风口设置有自动调节百叶，夏季百叶自动转换角度使冷空气以斜向上的角度进入到室内，冬季通过百叶角度转换使热空气以斜向下的角度进入室内；室内空气在所述的风道内进行换热循环，其动力源是由无声风机提供。

所述通风腔体内设置有挡风翅片，所述挡风翅片与内墙体垂直面的夹角为60º-80º，其宽度为20mm-40mm，厚度为4mm-8mm，长度根据墙体的宽度设置，所述挡风翅片的作用是消减风速，从而使换热更充分。

所述挡风翅片表面设置有的挡风翅片表面吸热材料层，使挡风翅片一定程度可作为空气腔内换热热源。

所述主动式毛细管网蓄能系统的主供水管和主回水管采用管径为8mm-12mm的不锈金属管，所述的支管网为4mm-6mm的不锈金属管，所述的主动式毛细管网系统采用下供上回式。

所述保温隔热层为10mm-20mm的发泡聚氨酯板，对外墙体与相变蓄能模块接触面进行隔热保温，所述的外墙体隔热性能好，其密度和厚度要达到所使用地区隔热的要求，减少了温度变化对室内热环境的影响。

所述上风口到下风口的高度设置为1.8m，由于内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层、外墙体形成的主被动对流与辐射换热内墙系统，在热环境中整体热感觉和头部的热感觉较接近，头部对冷不敏感，对热敏感，而在冷环境中，头部比其他部位感觉温暖，被测试者的整体热感觉接近于最冷部位手和脚的感觉，故室内1.8m以上的冷热负荷对人体的热舒适影响不大，且所述1.8m高度的上风口可通过自动调节百叶调节风向满足人体热舒适要求，也一定程度上降低了系统的制造成本。

本发明具有以下有益效果：

本发明将内墙体、通风腔体和主动式毛细管网机构有机结合，利用内墙体，可以充分利用太阳能，可以通过“削峰填谷”的作用达到建筑的节能运行；利用主动式毛细管网机构，以强制性的蓄热方式提高了内墙体的蓄、放热效率，并且通过改变内墙体的温度，实现与室内空气的辐射换热，提高室内的舒适度；利用通风腔体，采取机械通风的方式可以强化空气对流换热的强度，充分利用室外自然的冷源或热源为室内调节温度。本发明更充分合理地利用相变蓄热墙体的蓄、放热能力，提升了室内环境的热舒适度。

附图说明

图1为本发明的剖面侧视图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的正视图；

图4为图1的B-B向剖视图；

图5为相变蓄能模块的结构示意图；

图6为图5的C-C向剖视图；

图7为外墙蓄热板与毛细管网系统一体化结构示意图。

图1-7中所示：1、内墙表面装饰材料层Ⅰ；2、外墙体；3、内墙相变蓄能板；4、外墙相变蓄能板；5、保温隔热层Ⅰ；6、主回水管；7、主供水管；8、天花板；9、无声风机；10、通风腔体；11、下风口；12、相变蓄能板表面吸热材料层；13、上风口；14、自动调节百叶；15、挡风翅片；16、内墙表面装饰材料层Ⅱ；17、保温隔热层Ⅱ；18、挡风翅片表面吸热材料层；19、支管网；20、格栅；21、内墙系统布置区域框架；22、卡盘；23、凹槽；24、翅片；25、相变蓄能模块；26、相变蓄能板总支架；27、相变蓄能模块支架；28、装定孔。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，包括内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层、外墙体2，所述内墙体包括内墙表面装饰材料层和内墙相变蓄能板3；所述内墙表面装饰材料层包括内墙表面装饰材料层Ⅰ1和内墙表面装饰材料层Ⅱ16，所述内墙相变蓄能板3通过相变蓄能板总支架26、装定孔28与内墙表面装饰材料层紧密贴合；所述主被动通风系统包括通风腔体10、上风口13、下风口11、无声风机9和挡风翅片15，所述通风腔体10设置在内墙体与外墙体2之间，所述挡风翅片15设置在通风腔体10内，所述挡风翅片15表面设置有挡风翅片表面吸热材料层18，所述上风口13设置有自动调节百叶14，通过百叶支架固定，所述下风口11是由三个带格栅20的进风口组成，所述无声风机9设置在内墙体的上端；所述内墙体与外墙体2之间设置有主动式毛细管网蓄能系统，所述主动式毛细管网蓄能系统包括主供水管7、主回水管6和支管网19，所述保温隔热层包括保温隔热层Ⅰ5和保温隔热层Ⅱ17，所述保温隔热层贴附在外墙体2内表面，所述保温隔热层Ⅰ5内表面贴附有外墙相变蓄能板4。

所述的内墙相变蓄能板3由相变蓄能模块25组成，所述相变蓄能模块25通过相变蓄能模块支架27、装订孔28与内墙表面装饰材料层Ⅰ1紧密贴合。

所述相变蓄能模块25是由的铝合金材料制成的厚度为6mm-8mm的容器，容器表面设置有凹槽22和卡盘23，所述凹槽22弧度的直径与支网管19的直径一致，两者紧密贴合，所述卡盘23通过内墙系统布置区域框架21与内墙表面装饰材料层贴合，所述相变蓄能模块25内部设置有翅片24，翅片24之间的间距为15mm-20mm，翅片24厚度为1mm-2mm，高度为3mm-5mm。

所述相变蓄能模块25表面涂有内墙相变蓄能板表面吸热材料层12，所述内墙相变蓄能板表面吸热材料层12采用的相变材料为石蜡，所述石蜡中加入5%-10%的石墨烯，将二者搅拌成粘稠状，增加相变材料的导热性能。

所述室内墙体与外墙体2之间的通风腔体的宽度为40mm-60mm，通风腔体10可根据实际送风及换热量需要确定其宽度。

所述下风口11为是由三个带格栅20的进风口组成，其尺寸大小可根据室内空间配置。

所述上风口13设置有自动调节百叶14，夏季自动调节百叶14自动转换的角度使冷空气以斜向上的角度进入到室内，冬季通过自动调节百叶14的角度转换使热空气以斜向下的角度进入室内；室内空气在所述的风道内进行换热循环，其动力源是由无声风机9提供。

所述通风腔体10内设置有挡风翅片15，所述挡风翅片15与内墙体垂直面的夹角为60º-80º，其宽度为20mm-40mm，厚度为4mm-8mm，长度根据墙体的宽度设置，所述挡风翅片15的作用是消减风速，从而使换热更充分。

所述挡风翅片15表面设置有的挡风翅片表面吸热材料层18，使挡风翅片15一定程度可作为空气腔内换热热源。

所述主动式毛细管网蓄能系统的主供水管7和主回水管6采用管径为8mm-12mm的不锈金属管，所述的支管网19为4mm-6mm的不锈金属管，所述的主动式毛细管网系统采用下供上回式。

所述保温隔热层为10mm-20mm的发泡聚氨酯板，对外墙体2与相变蓄能模块25接触面进行隔热保温，所述的外墙体2隔热性能好，其密度和厚度要达到所使用地区隔热的要求，减少了温度变化对室内热环境的影响。

所述上风口13到下风口11的高度设置为1.8m，由于内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层、外墙体形成的主被动对流与辐射换热内墙系统，在热环境中整体热感觉和头部的热感觉较接近，头部对冷不敏感，对热敏感，而在冷环境中，头部比其他部位感觉温暖，被测试者的整体热感觉接近于最冷部位手和脚的感觉，故室内1.8m以上的冷热负荷对人体的热舒适影响不大，且所述1.8m高度的上风口13可通过自动调节百叶14调节风向满足人体热舒适要求，也一定程度上降低了系统的制造成本。

基于相变蓄能的主被动通风与辐射换热内墙系统工作过程如下：

夏季：利用太阳能空调或者热泵等设备制取冷水，冷水由主动式毛细管网系统的主供水管7，分布到支管网19，再通过主回水管6回到冷水制取设备中；内墙体通过辐射换热维持室内温度在适宜范围；同时内墙相变蓄能板3和外墙相变蓄能板4进行蓄冷，一方面可以减缓室内温度的波动，另一方面可以将储存的冷量在冷源不足的情况下用于处理室内空气，节约能源；室内空气从进风口11进入通风腔体10，空气在通风腔体10内进行充分的热交换后，由无声风机9从出风口13再送入室内，经过出风口13的冷空气通过自动调节百叶14使其以斜向上的角度送入，在密度差的作用自然下沉，加强了室内的空气流动和维持了室内的温度平衡。

冬季：太阳能充足的时候利用太阳能制取热水或直接加热相变材料，太阳能不充足则用燃气锅炉或者电锅炉辅助制取热水，热水由毛细管网系统的主供水管7，分布到支管网19，再通过主回水管6回到热水制取设备中；内墙体通过辐射换热维持室内温度在适宜范围；同时内墙相变蓄能板3和外墙相变蓄热板4进行蓄热，一方面减缓室内的温度变化波动，提高舒适性，另一方面可以利用峰谷电价差来达到较高的经济效益；室内空气从进风口11进入通风腔体10，空气在挡风翅片15的作用下在通风腔体10内进行了充分的热交换后，由无声风机9从出风口13再送入室内，经过出风口13的冷空气通过自动调节百叶14使其以斜向下的角度送入室内，在密度差的作用自然上升，加强了室内的空气流动和维持了室内的温度平衡。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：包括内墙体、主被动通风系统、主动式毛细管网蓄能系统、保温隔热层、外墙体，所述内墙体包括内墙表面装饰材料层和内墙相变蓄能板；所述内墙表面装饰材料层包括内墙表面装饰材料层Ⅰ和内墙表面装饰材料层Ⅱ，所述内墙相变蓄能板通过相变蓄能板总支架、装定孔与内墙表面装饰材料层紧密贴合；所述主被动通风系统包括通风腔体、上风口、下风口、无声风机和挡风翅片，所述通风腔体设置在内墙体与外墙体之间，所述挡风翅片设置在通风腔体内，所述挡风翅片表面设置有挡风翅片表面吸热材料层，所述上风口设置有自动调节百叶，通过百叶支架固定，所述下风口是由三个带格栅的进风口组成，所述无声风机设置在内墙体的上端；所述内墙体与外墙体之间设置有主动式毛细管网蓄能系统，所述主动式毛细管网蓄能系统包括主供水管、主回水管和支管网，所述保温隔热层包括保温隔热层Ⅰ和保温隔热层Ⅱ，所述保温隔热层贴附在外墙体内表面，所述保温隔热层Ⅰ内表面贴附有外墙相变蓄能板；

所述的内墙相变蓄能板由相变蓄能模块组成，所述相变蓄能模块通过相变蓄能模块支架、装定孔与内墙表面装饰材料层Ⅰ紧密贴合，通过热交换为室内提供辐射换热；

所述相变蓄能模块是由铝合金材料制成的厚度为6mm-8mm的容器，容器表面设置有凹槽和卡盘，所述凹槽的弧的直径与支网管的直径一致，两者紧密贴合，所述卡盘通过内墙系统布置区域框架与内墙表面装饰材料层贴合，所述相变蓄能模块内部设置有翅片，翅片之间的间距为15mm-20mm，翅片厚度为1mm-2mm，高度为3mm-5mm；

所述相变蓄能模块表面涂有内墙相变蓄能板表面吸热材料层，所述内墙相变蓄能板表面吸热材料层采用的相变材料为石蜡，所述石蜡中加入5%-10%的石墨烯，将二者搅拌成粘稠状。

2.根据权利要求1所述的基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：所述内墙体与外墙体之间的通风腔体的宽度为40mm-60mm。

3.根据权利要求1所述的基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：所述通风腔体内设置的挡风翅片与内墙体垂直面的夹角为60º-80º，挡风翅片宽度为20mm-40mm，厚度为4mm-8mm。

4.根据权利要求1所述的基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：所述主动式毛细管网蓄能系统的主供水管和主回水管采用管径为8mm-12mm的不锈金属管，所述的支管网为不锈金属管，所述的主动式毛细管网蓄能系统采用下供上回式。

5.根据权利要求1所述的基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：所述保温隔热层为发泡聚氨酯板。

6.根据权利要求1所述的基于相变蓄能的主被动对流与辐射换热内墙系统，其特征是：所述上风口到下风口的高度设置为1.8m。