CN106247434A - 一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，将太阳能真空管中的热管改造成环状，热管吸热端与太阳能真空集热器中真空管类似，不同的是产品将真空管热管的吸热端和散热段连接呈环，吸热端位于最外端吸收太阳辐射，散热端插入相变层中，被相变材料包裹。故产品吸热端在生产时可在现有太阳能真空管集热器基础上改造而成；然后结合产品的具体结构生产末端金属辐射板及相变层框架；最后在相变层框架中装入相变材料，并将吸热层、相变层、金属辐射板层三层按产品结构形式组装成基于相变储能与结构一体化的预制墙体，能有效的提高太阳能利用效率，促进太阳能采暖系统的发展。

Description

一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板
技术领域
本发明涉及一种墙板，特别是涉及一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板。
背景技术
随着我国城市建设的高速发展，建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的28％，建筑节能势在必行。为更好地实行建筑节能，近年来可再生能源的建筑利用愈加广泛，在对可在生能源的利用过程中，太阳能资源丰富、分布广泛，其利用和发展已进入了快速发展时期。现有阶段太阳能的建筑利用主要分为两种方式：太阳能发电和太阳能热利用。同时太阳能热利用又可分为太阳能热水和太阳能采暖。太阳能资源地域差异性大，为充分利用各地的太阳能资源，太阳能利用效率的提升需求不断增大，特别是在太阳能资源欠丰富地区。
目前，太阳能热利用的常见方式是在建筑屋顶或水平阳台等地方安装太阳能集热器，而安装在屋顶及阳台的太阳能集热器只能对照射到屋面或建筑水平面的太阳能加以利用，照射到建筑外立面的太阳光则无法加以利用，特别是对于多层或高层建筑，建筑外立面面积大，太阳能的利用受到屋顶面积的限制，大量太阳辐射不能被利用。同时，若考虑在建筑外立面安装太阳能集热器，对于多层或高层建筑来说，其安装难度过大、费用过高，难以实现。因此，现阶段太阳能热利用在多层或高层建筑的应用局限需要突破。
而从现在太阳能采暖系统建筑利用的发展趋势来看，一方面，对于大多数住宅建筑冬季在工作日只有夜晚采暖的需求。另一方面，考虑全国不同地域气候条件及太阳能资源分布情况，高原地区昼夜温差大，白天太阳辐射强、气温高，夜晚则温度偏低，室内舒适性差具有采暖需求。因此，如何充分利用和储存白天的太阳辐射来满足白天隔热、夜晚采暖的需求实现热量的转移，也逐渐成为太阳能采暖系统发展的一大技术突破点。
同时，近年来南方采暖问题不断受到关注，受南方气候条件及生活习惯等因素的限制，南方不宜采用集中采暖方式供暖，如何以更加节能环保的方式满足南方采暖的需求也成为解决南方采暖问题的一大关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，提高太阳能利用效率，改善太阳能采暖系统昼夜热量转移的技术问题；同时也能满足南方分户采暖的需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，包括依次设置的吸热层，相变层和金属辐射板；所述吸热层包括真空玻璃管和热管，所述热管为环形闭合结构，所述热管包括一侧的热管蒸发段和另一侧的热管冷凝段，所述热管蒸发段两侧贴合所述真空玻璃管；所述相变层包括相变层框架，所述相变层框架内设有导流板，所述相变层框架内填充有包裹所述热管冷凝段的相变材料，所述热管冷凝段贯穿所述导流板，所述相变材料位于所述导流板上方，所述相变材料远离所述热管的一侧设有所述金属辐射板。
优选的，所述相变层框架内设有多个导流板，所述相变材料填充于相邻的所述导流板之间；
优选的，所述相变材料与所述金属辐射板贴合；
优选的，所述吸热层还包括隔热管堵，所述隔热管堵对称分布于所述热管的上下两端，所述真空玻璃管的两侧被所述隔热管堵封闭；
优选的，所述真空玻璃管与所述热管蒸发段的接触面内涂布有真空管吸热涂层，所述真空管吸热涂层为黑铬涂层；
优选的，所述热管内传热介质为水；
优选的，所述导流板设有倾角，所述倾角的方向沿金属辐射板向下，所述导流板为铝制导流板；
优选的，所述相变材料为十水硫酸钠，所述相变层框架为钢制支撑框架；
优选的，所述吸热层外侧设有一遮阳卷帘；
优选的，所述遮阳卷帘通过弱电控制自动启闭或手动控制启闭。
本发明相对于现有技术而言取得了以下技术效果：
1、本发明将太阳能采暖系统与预制墙板相结合，使预制墙板兼具太阳能采暖的功能。其在建筑中使用时能充分利用建筑外立面的太阳能进行夜间采暖，突破了多层或高层建筑太阳能热利用的局限，能更好地实现对太阳能的利用，推行建筑节能；太阳能采暖系统微型化能有效减少传输过程的热量损失，提高太阳能的利用效率。
2、本发明在太阳能采暖系统的吸热、蓄热、散热三部分均进行了创新型设计，吸热端强化吸热、相变层强化蓄热、辐射板强化散热，能有效的提高太阳能利用效率，促进太阳能采暖系统的发展。
3、本发明通过对相变材料选材、厚度、铺设方式的合理设计，使相变层的蓄热性能大大提高，能很好地满足昼夜温差大的高原地区昼夜热量转移的需求。高原地区白天太阳辐射强，气温高，通过相变材料的蓄热作用能是墙体起到隔热的作用，使室内温度不至于过高；夜晚气温低，有采暖需求，可释放白天相变材料的蓄热对室内进行采暖，维持室内热舒适，实现热量的昼夜转移。充分适应南方分户采暖的需求，减少南方居住建筑对分体式空调的依赖性，进而能降低建筑能耗，达到建筑节能的目的。
4、本发明将太阳能采暖系统微型化后融入预制墙体中，微型化的太阳能采暖系统较传统太阳能采暖系统相比能大量节省材料和使用空间，进而能在一定程度上降低太阳能采暖系统的成本，具有更好的经济效益。使用范围广，适用性强，作为一种新型预制墙板能适用于所有能使用预制墙板的场合，如建筑外墙、屋顶、阳台等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板的整体示意图；
图2为本发明基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板吸热层与相变层的结构示意图；
图3为本发明基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板冬季白天工作示意图；
图4为本发明基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板冬季夜晚工作示意图；
图5为本发明基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板夏季白天工作示意图；
其中，1-热管，2-相变材料，3-金属辐射板，4-导流板，5-遮阳卷帘，6-真空玻璃管，7-吸热涂层，8-隔热管堵，9-热管冷凝段，10-相变层框架，11-导流板，12-热管蒸发段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，将太阳能真空管中的热管改造成环状，热管吸热端与太阳能真空集热器中真空管类似，不同的是产品将真空管热管的吸热端和散热段连接呈环，吸热端位于最外端吸收太阳辐射，散热端插入相变层中，被相变材料包裹。故产品吸热端在生产时可在现有太阳能真空管集热器基础上改造而成；然后结合产品的具体结构生产末端金属辐射板及相变层框架；最后在相变层框架中装入相变材料，并将吸热层、相变层、金属辐射板层三层按产品结构形式组装成基于相变储能与结构一体化的预制墙体。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明。
实施例1：
如图1和2，本实施例对本发明的基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板结构及原理做出详细说明。
本实施例提供了一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，包括依次设置的吸热层，相变层和金属辐射板3；所述吸热层包括真空玻璃管6和热管1，所述热管1为环形闭合结构，所述热管1包括一侧的热管蒸发段12和另一侧的热管冷凝段9，所述热管蒸发段12两侧贴合所述真空玻璃管6；所述相变层包括相变层框架10，所述相变层框架10内设有导流板11，所述相变层框架10内填充有包裹所述热管冷凝段9的相变材料2，所述热管冷凝段9贯穿所述导流板11，所述相变材料2位于所述导流板11上方，所述相变材料2远离所述热管1的一侧设有所述金属辐射板3。
吸热层，吸热部分热管1设计成闭合环状，外端热管蒸发段12(太阳能真空管)暴露于外界环境吸收太阳辐射，内端热管冷凝段9镶于相变材料2中。热管1内传热介质在热管蒸发段12吸收太阳辐射被加热蒸发，蒸发出的气体在热压作用下向上运动，气体经过热管冷凝段9时被冷凝将热量传递给相变材料2，冷凝后液体在重力作用下向下流动，不断循环。
将热管冷凝段9插入相变材料2中，热管1中介质能及时大量冷凝，热量能及时充分地从吸热端转移，促使热管蒸发段12介质的大量蒸发，吸热端能吸收更多的太阳能，提高太阳能利用效率。
相变层强化储热，为使相变材料2能及时快速地储存热量，在限定时间内能储存更多热量，储存热量的相变材料2通过金属辐射板3将热量即使散发出去，进而提高太阳能的利用效率。
实施例2：
如图3-5，本实施例为在实施例1的基础上进一步改进的实施例，同时对本发明在冬天和夏天不同时段的工作原理做出进一步的详细说明。
本实施例的相变层框架10内设有多个导流板11，所述相变材料2填充于相邻的所述导流板11之间，增加多个导流板11，使得相变材料2铺设于相变层的各个相邻的导流板11之间，为使相变材料2在导流板11的作用下能较好地流动起来，在相变材料2的选材时应选择运动粘度较小的无机相变材料2，本实施例的相变材料2采用的是十水硫酸钠，相变层框架10为钢制支撑框架。
导流板11为铝制导流板11，导流板11可以平行设置或设有倾角，当导流板11平行设置时相变材料2与所述金属辐射板3可以保持一定的间距；当导流板11设有倾角时相变材料2与所述金属辐射板3贴合，所述倾角的方向是沿金属辐射板3向下，相变材料2吸热融化后在重力作用下沿着导流板11向里流动，将储存的热量及时向里转移使相变材料2能储存更多地热量，同时穿插整个相变层的导流板11兼具肋片的功能，起到强化传热的作用，加速相变材料2的储能过程。
辐射末端强化散热，当导流板11设有倾角时，金属板辐射末端紧贴相变材料2，相变材料2散热时能充分及时地将热量散发，强化散热；同时由于省去了传统太阳能辐射采暖系统中蓄能装置与辐射板之间的管路连接部分，减少了该部分传热介质在传输过程中的热损失，导致辐射板散热效果更佳。
吸热层还包括隔热管堵8，隔热管堵8对称分布于所述热管1的上下两端，真空玻璃管6的两侧被所述隔热管堵8封闭，对真空玻璃管6起到封闭和隔热的作用；真空玻璃管6与热管蒸发段12的接触面内涂布有真空管吸热涂层7，能够提高真空管吸热的效率，真空管吸热涂层7为黑铬涂层，热管1内传热介质为水。
作为优选，本发明在吸热层外侧设有一遮阳卷帘5；所述遮阳卷帘5通过弱电控制自动启闭或手动控制启闭。
图3为冬季白天工作示意图，白天太阳光照射到真空玻璃管6，真空玻璃管6吸收热量传递给热管1外侧的热管蒸发段12，热管蒸发段12的水吸热蒸发流入热管冷凝段9冷凝放热，热管冷凝段9包裹在相变材料2中，因此，相变材料2吸收热量融化，并将热量储存在相变材料2中。
图4为冬季夜晚工作示意图，白天相变材料2吸收并储存了大量的热能，白天太阳辐射强度应能使相变材料2的90％以上融化，使相变材料2利用充分。在导流板11的作用下将热量传递到金属辐射板3，金属辐射板3将热量即使传递到屋子内进行采暖，满足冬天夜晚屋内所需热量。
图5为夏季白天工作示意图，夏季本发明墙体则需要阻隔太阳光热量的传递，在吸热层外侧设有一遮阳卷帘5，当夏季太阳辐射强、室内夜晚过热无采暖需求时，遮阳卷帘5可自动或手动开启遮挡阳光，减少传热。
在中国昼夜温差较大的高原地区，本发明的太阳能采暖预制墙板同样适用，而且无需设计遮阳卷帘5，即可达到白天隔热，夜晚采暖的使用效果。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，包括依次设置的吸热层，相变层和金属辐射板；所述吸热层包括真空玻璃管和热管，所述热管为环形闭合结构，所述热管包括一侧的热管蒸发段和另一侧的热管冷凝段，所述热管蒸发段两侧贴合所述真空玻璃管；所述相变层包括相变层框架，所述相变层框架内设有导流板，所述相变层框架内填充有包裹所述热管冷凝段的相变材料，所述热管冷凝段贯穿所述导流板，所述相变材料位于所述导流板上方，所述相变材料远离所述热管的一侧设有所述金属辐射板。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述相变层框架内设有多个导流板，所述相变材料填充于相邻的所述导流板之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述相变材料与所述金属辐射板贴合。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述吸热层还包括隔热管堵，所述隔热管堵对称分布于所述热管的上下两端，所述真空玻璃管的两侧被所述隔热管堵封闭。
5.根据权利要求4所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述真空玻璃管与所述热管蒸发段的接触面内涂布有真空管吸热涂层，所述真空管吸热涂层为黑铬涂层。
6.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述热管内传热介质为水。
7.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述导流板设有倾角，所述倾角的方向沿金属辐射板向下，所述导流板为铝制导流板。
8.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述相变材料为十水硫酸钠，所述相变层框架为钢制支撑框架。
9.根据权利要求1所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述吸热层外侧设有一遮阳卷帘。
10.根据权利要求9所述的一种基于相变储能与结构一体化的太阳能采暖预制墙板，其特征在于，所述遮阳卷帘通过弱电控制自动启闭或手动控制启闭。
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