CN105888501A - 基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，涉及建筑玻璃窗领域，包括窗体、石蜡储存腔、石蜡材料、电热片及电源，窗体为金属框双层玻璃窗，窗体内部设有中空玻璃，中空玻璃上方设有石蜡储存腔，石蜡储存腔与中空玻璃内部均设有石蜡材料，石蜡储存腔与中空玻璃外侧壁面上设有电热片，电热片与控制开关通过导线连接，控制开关与电源通过导线连接，石蜡储存腔下端出口与进口管段一端连接，进口管段另一端与中空玻璃顶部连接，进口管段上设有阀门，石蜡储存腔上端进口与出口管段一端连接，根据室外气候条件的改变可随时更换玻璃窗内石蜡材料，最大限度的满足室内热舒适性和节能要求，过程方便简洁，易于操作。
Description
技术领域：
本发明涉及建筑玻璃窗领域，具体涉及一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置。
背景技术：
能源一直以来都是人类社会赖以生存和发展的基础,然而随着经济的蓬勃发展,能源问题一直笼罩着我们，其中建筑能耗在社会总能源消耗中占有举足轻重的地位，节能潜力十分巨大，而在建筑门窗上充分利用太阳能，能够在维持适宜的室内环境的同时有效地减少能源消耗，因此，人们逐渐将单层玻璃演变成双层甚至三层玻璃，并其中添加LOW-E膜、相变材料等不同物质来加强太阳能的利用，减少能耗。
近年来，相变材料由于具有良好的蓄能能力和调温性能而广泛应用于建筑中，文献“Kamal A.R. Ismail, J.R. Henriquez. PCM glazing system[J]. InternationalJournal of Energy Reserarch, 1997, 21(6):1241-1255. ”(卡马尔·伊斯梅尔, 恩里克斯, 相变玻璃窗.国际能源研究, 1997,21(6):1241-1255. )中首次提出在玻璃中添加相变材料，并得到了有益效果，文献“钟克承，李舒宏等.相变玻璃窗与中空玻璃窗的动态传热特性[J].化工学报, 2014, 65(S2):114-123.”中对相变玻璃窗和中空玻璃窗在冬夏两季的晴天和阴雨天的动态传热过程分别进行数值模拟，并指出夏季晴天时，相变玻璃窗动态热调节性能较好，有明显的节能效果，而夏季阴雨天、冬季晴天、冬季阴雨天节能效果较差，随着相变材料在建筑中的应用，具有高蓄能、无毒、价格便宜等优点的石蜡成为目前应用最多的材料之一，文献“Francesco Goia, Marco Perino, Valentina Serra.Experimental analysis of the energy performance of a full-scale PCM glazingprototype[J]. Solar energy, 2014, 100:217-233. ”(弗兰契斯科·戈亚, 马可波罗·佩里诺, 瓦伦丁娜·塞拉. 相变玻璃能量特性实验分析. 太阳能, 2014, 100:217-233.)中通过中空玻璃及封装石蜡材料的相变玻璃对比实验装置对其相应室内热环境进行了测试分析，进一步证实了石蜡在建筑中的应用有益于太阳能的利用并能达到节能效果，同时也指出夏季使用效果好于冬季。
然而，上述相变玻璃窗在各季节仅使用同一相变材料，节能效果也仅在夏季较好，对于严寒地区，由于其具有冬夏季温度波动大的气候特点，传统的单一相变材料不能满足大范围温度变化下所需求的太阳能吸收值，而本发明的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置可根据室外气候条件的变化更换相变点不同的石蜡材料，解决这一问题。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，它使用方便、操作简单、易于大规模推广应用。
本发明采用的技术方案为：一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，包括窗体、石蜡储存腔、石蜡材料、电热片及电源，窗体为金属框双层玻璃窗，窗体内部设有中空玻璃，中空玻璃上方设有石蜡储存腔，石蜡储存腔与中空玻璃内部均设有石蜡材料，石蜡储存腔与中空玻璃外侧壁面上设有电热片，电热片与控制开关通过导线连接，控制开关与电源通过导线连接，石蜡储存腔下端出口与进口管段一端连接，进口管段另一端与中空玻璃顶部连接，进口管段上设有阀门，石蜡储存腔上端进口与出口管段一端连接，出口管段另一端与中空玻璃底部连接，出口管段上设有小型循环泵，石蜡储存腔上方设有阀门且阀门位于出口管段上，中空玻璃前后表面上设有热电偶，热电偶与温度巡检仪通过导线连接，温度巡检仪与计算机及控制开关通过导线连接，控制开关与计算机通过导线连接，计算机与辐射自计仪通过导线连接，辐射自计仪与控制开关通过导线连接，辐射自计仪与分光谱辐射表通过导线连接，控制开关与人工太阳能模拟器通过导线连接。
所述的石蜡储存腔的数量为三个，三个石蜡储存腔为、、三个相互连接的石蜡储存腔，石蜡储存腔采用的材料为透明玻璃，分别在三个石蜡储存腔的上下两端留有直径为15mm的圆形开口，在石蜡储存腔I顶板一侧留有小孔，相邻小石蜡储存腔连接面的上方留有高度为10mm空隙，以保证与大气相连，每个石蜡储存腔的容积均大于石蜡体积。
所述的石蜡材料为18℃、26℃和32℃三种不同相变点的石蜡，分别置于三个石蜡储存腔内，石蜡体积可根据下方中空玻璃间隙容积的3/4进行选择，并根据不同的室外气候条件随时更换中空玻璃内的石蜡材料，以合理的利用太阳辐射能。
所述的电热片采用四组，四组电热片分别布置在石蜡储存腔的三个小石蜡储存腔及中空玻璃外壁上，每组电热片的数量为两片，分左右布置，并通过导线与控制开关和电源相连。
所述的进口管段和出口管段采用直径为15mm的玻璃管材，分别连接石蜡储存腔上下端的开口并延伸至中空玻璃的上下两端，连接处采用玻璃胶进行粘合。
所述的小型循环泵采用一台型号为ZK40-1240的循环泵，设置在出口管段靠近中空玻璃一侧，为整个循环提供动力。
所述的热电偶采用T型热电偶，分别布置在中空玻璃前后表面中心线方向四等分点处。
本发明的有益效果是：根据室外气候条件的改变可随时更换玻璃窗内石蜡材料，最大限度的满足室内热舒适性和节能要求，过程方便简洁，易于操作。
附图说明：
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明截面视图。
具体实施方式：
参照各图，一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，包括窗体1、石蜡储存腔2、石蜡材料3、电热片4及电源6，其特征在于：窗体1为金属框双层玻璃窗，窗体1内部设有中空玻璃11，中空玻璃11上方设有石蜡储存腔2，石蜡储存腔2与中空玻璃11内部均设有石蜡材料3，石蜡储存腔2与中空玻璃11外侧壁面上设有电热片4，电热片4与控制开关5通过导线连接，控制开关5与电源6通过导线连接，石蜡储存腔2下端出口与进口管段7一端连接，进口管段7另一端与中空玻璃11顶部连接，进口管段7上设有阀门9，石蜡储存腔2上端进口与出口管段8一端连接，出口管段8另一端与中空玻璃11底部连接，出口管段8上设有小型循环泵10，石蜡储存腔2上方设有阀门9且阀门9位于出口管段8上，中空玻璃11前后表面上设有热电偶12，热电偶12与温度巡检仪13通过导线连接，温度巡检仪13与计算机14及控制开关5通过导线连接，控制开关5与计算机14通过导线连接，计算机14与辐射自计仪17通过导线连接，辐射自计仪17与控制开关5通过导线连接，辐射自计仪17与分光谱辐射表16通过导线连接，控制开关5与人工太阳能模拟器15通过导线连接。
所述的石蜡储存腔2的数量为三个，三个石蜡储存腔2为、、三个相互连接的石蜡储存腔，石蜡储存腔2采用的材料为透明玻璃，分别在三个石蜡储存腔的上下两端留有直径为15mm的圆形开口，在石蜡储存腔I顶板一侧留有小孔，相邻小石蜡储存腔连接面的上方留有高度为10mm空隙，以保证与大气相连，每个石蜡储存腔的容积均大于石蜡体积。
所述的石蜡材料3为18℃、26℃和32℃三种不同相变点的石蜡，分别置于三个石蜡储存腔2内，石蜡体积可根据下方中空玻璃间隙容积的3/4进行选择，并根据不同的室外气候条件随时更换中空玻璃11内的石蜡材料3，以合理的利用太阳辐射能。
所述的电热片4采用四组，四组电热片4分别布置在石蜡储存腔2的三个小石蜡储存腔及中空玻璃11外壁上，每组电热片4的数量为两片，分左右布置，并通过导线与控制开关5和电源6相连。
所述的进口管段7和出口管段8采用直径为15mm的玻璃管材，分别连接石蜡储存腔2上下端的开口并延伸至中空玻璃11的上下两端，连接处采用玻璃胶进行粘合。
所述的小型循环泵10采用1台型号为ZK40-1240的循环泵，设置在出口管段8靠近中空玻璃11一侧，为整个循环提供动力。
所述的热电偶12采用T型热电偶，分别布置在中空玻璃11前后表面中心线方向四等分点处。
所述的控制开关5为四联单控开关，可分别控制四组电热片。
所述的阀门9采用6个型号为QB118-15APK的平口直通截止阀，分别设置在三个石蜡储存腔上下端进出口管段上，用以开启/关闭管段流量。
所述的温度巡检仪13型号为BES-02，通过热电偶对室内温度进行测量并记录。
所述的人工太阳能模拟器15型号为TRM-PD，光源波段为280-3000nm。
具体实施如下：石蜡储存腔2固定在中空玻璃11上方，进口管段7两端分别连接石蜡储存腔2下端开头处和中空玻璃11，并延伸至中空玻璃11内，连接处采用玻璃胶进行粘合，三种不同相变点的石蜡材料3分别封装在石蜡储存腔2的三个小石蜡储存腔内，四组电热片分别置于石蜡储存腔2的、、石蜡储存腔以及中空玻璃外壁，连接控制开关及电源，6个阀门分别设置在石蜡储存腔进出口管段处，小型循环泵10安装在中空玻璃11下端出口管段处较低处；
实验过程在空调房内进行：
步骤一：调节空调，待环境温度稳定在18~26℃左右时，利用水银温度计对环境温度进行测量并记录数据，通过控制开关5将石蜡储存腔处电热片4打开，加热至石蜡完全融化，打开石蜡储存腔下端阀门9，腔内相变点较低的石蜡流入中空玻璃11，打开人工太阳能模拟器15电源模拟日间太阳辐射，打开温度巡检仪13、计算机14及辐射自计仪17，待中空玻璃11内石蜡材料3融化后，测量中空玻璃前后表面温度及透过中空玻璃的辐射强度，并记录数据，关闭人工太阳能模拟器15模拟夜间环境，环境温度稳定后记录水银温度计测量值，并测量中空玻璃11前后表面温度并记录数据；
步骤二：调节空调，待环境温度稳定在26~32℃左右时，利用水银温度计进行测量并记录数据，通过控制开关5将石蜡储存腔及中空玻璃11处电热片4打开，加热至石蜡完全融化，关闭控制开关5，打开石蜡储存腔上端阀门9及小型循环泵10，将中空玻璃11内石蜡全部注入石蜡储存腔内，关闭小型循环泵10，并打开石蜡储存腔下端阀门9，待石蜡流入中空玻璃11后关闭阀门9，打开人工太阳能模拟器15电源，测量中空玻璃11前后表面温度及透过中空玻璃11的辐射强度，并记录数据，关闭人工太阳模拟器15，环境温度稳定后记录水银温度计测量值，待石蜡材料3凝固后，测量中空玻璃11前后表面温度并记录数据；
步骤三：调节空调，待环境温度稳定在32℃以上时，更换及测量方法同上，并记录相应数据；
步骤四：调节人工太阳能模拟器15不同辐射强度及室内环境温度，对上述三种情况重复测量并记录数据。
Claims (7)
1.一种基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，包括窗体（1）、石蜡储存腔（2）、石蜡材料（3）、电热片（4）及电源（6），其特征在于：窗体（1）为金属框双层玻璃窗，窗体（1）内部设有中空玻璃（11），中空玻璃（11）上方设有石蜡储存腔（2），石蜡储存腔（2）与中空玻璃（11）内部均设有石蜡材料（3），石蜡储存腔（2）与中空玻璃（11）外侧壁面上设有电热片（4），电热片（4）与控制开关（5）通过导线连接，控制开关（5）与电源（6）通过导线连接，石蜡储存腔（2）下端出口与进口管段（7）一端连接，进口管段（7）另一端与中空玻璃（11）顶部连接，进口管段（7）上设有阀门（9），石蜡储存腔（2）上端进口与出口管段（8）一端连接，出口管段（8）另一端与中空玻璃（11）底部连接，出口管段（8）上设有小型循环泵（10），石蜡储存腔（2）上方设有阀门（9）且阀门（9）位于出口管段（8）上，中空玻璃（11）前后表面上设有热电偶（12），热电偶（12）与温度巡检仪（13）通过导线连接，温度巡检仪（13）与计算机（14）及控制开关（5）通过导线连接，控制开关（5）与计算机（14）通过导线连接，计算机（14）与辐射自计仪（17）通过导线连接，辐射自计仪（17）与控制开关（5）通过导线连接，辐射自计仪（17）与分光谱辐射表（16）通过导线连接，控制开关（5）与人工太阳能模拟器（15）通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的石蜡储存腔（2）的数量为三个，三个石蜡储存腔（2）为、、三个相互连接的石蜡储存腔，石蜡储存腔（2）采用的材料为透明玻璃，分别在三个石蜡储存腔的上下两端留有直径为15mm的圆形开口，在石蜡储存腔I顶板一侧留有小孔，相邻小石蜡储存腔连接面的上方留有高度为10mm空隙，以保证与大气相连，每个石蜡储存腔的容积均大于石蜡体积。
3.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的石蜡材料（3）为三种不同相变点的石蜡，分别置于三个石蜡储存腔（2）内，石蜡体积可根据下方中空玻璃间隙容积的3/4进行选择，并根据不同的室外气候条件随时更换中空玻璃（11）内的石蜡材料（3），以合理的利用太阳辐射能。
4.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的电热片（4）采用四组，四组电热片（4）分别布置在石蜡储存腔（2）的三个小石蜡储存腔及中空玻璃（11）外壁上，每组电热片（4）的数量为两片，分左右布置，并通过导线与控制开关（5）和电源（6）相连。
5.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的进口管段（7）和出口管段（8）采用直径为15mm的玻璃管材，分别连接石蜡储存腔（2）上下端的开口并延伸至中空玻璃（11）的上下两端，连接处采用玻璃胶进行粘合。
6.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的小型循环泵（10）采用1台型号为ZK40-1240的循环泵，设置在出口管段（8）靠近中空玻璃（11）一侧，为整个循环提供动力。
7.根据权利要求1所述的基于石蜡调控窗户太阳能吸收的实验装置，其特征在于：所述的热电偶（12）采用T型热电偶，分别布置在中空玻璃（11）前后表面中心线方向四等分点处。
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