CN106386255A - 一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室及其相变溶液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室及其相变溶液,温室后墙包括保温绝热组件、温室后墙钢结构组件和太阳能陶瓷相变组件；太阳能陶瓷相变组件包括陶瓷太阳能板和陶瓷太阳能板回水管路，保温绝热组件、温室后墙钢结构组件及陶瓷太阳能板形成温室后墙墙体结构，陶瓷太阳能板回水管路与陶瓷太阳能板的内腔连通并设置在温室后墙钢结构组件内，陶瓷太阳能板回水管路内填充相变溶液。该阳光温室可以进行快速的模块化制造和装配，同时既可以自主地利用装配在温室后墙上的风机主动地进行蓄热和放热，也可以利用温室后墙内的液态相变材料由阳光中直接获取热量。

Description

一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室及其相变溶液

技术领域

本发明属于相变材料及其应用领域，具体涉及一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室及其相变溶液。

背景技术

目前，常规的日光温室后墙多采用砖砌后墙和堆土后墙。其中，砖砌后墙的性能优良，但造价较高，不适合在广大的偏僻地区推广；而相比之下，堆土后墙温室虽然造价低廉、取材方便，但结构却容易坍塌，而且也有使用寿命短、生产条件差的缺陷，而且由于在施工中多采用机械开挖土方，对原有土地的破坏力很强，同时即使建成后土地利用率也较低。除此之外，随着日光温室在我国的大面积推广，在我国广大的戈壁地区，不论是建筑用砖和结构性能良好的土壤都十分稀缺，因此，迫切地需要一种能适应我国西北地区戈壁环境的日光温室新型结构，以充分利用当地材料，从而减少建筑成本，同时也能快速地模块化地进行建造的日光温室。

另外，在日光温室的蓄热方面，常规的日光温室大都采用被动蓄热，而且由于蓄热体多为砖石和土壤，因此蓄热密度相对较小，导致温室的蓄热量严重不足。而且在生产实践中，为了扩大温室后墙的蓄热性能，只能不断加厚后墙的厚度，因此造成了温室占地面积的增大和土建费用的攀升。调查发现，为了日光温室的蓄热，其后墙越砌越厚，造价逐步攀升，但同时温室的蓄热性能却没有多少提高。通过科学研究表明，日光温室后墙蓄热的关键问题不仅仅是单纯提高后墙的绝热性能，更重要的是要提高后墙的蓄热能力。

发明内容

针对现有的日光温室在快速模块化建造、提高保温性能和蓄热存在的 缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室及其相变溶液，以充分利用太阳能陶瓷的高效集热和内部相变材料的高密度蓄热，以及结合模块化快速建造技术，快速地进行现场灵活装配。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,包括温室骨架、温室后墙和温室前墙，所述的温室后墙为空腔墙体，温室后墙的内墙壁上嵌设太阳能陶瓷相变组件，太阳能陶瓷相变组件包括陶瓷太阳能板和陶瓷太阳能板回水管路，陶瓷太阳能板贴设在温室后墙内壁上，陶瓷太阳能板回水管路与陶瓷太阳能板的内腔连通并设置在温室后墙内，陶瓷太阳能板回水管路内填充相变溶液，温室内空气能穿过温室后墙的空腔进行循环流动。

具体的,所述的温室后墙温室后墙依次设有保温绝热组件、温室后墙钢结构组件及陶瓷太阳能板，陶瓷太阳能板回水管路与陶瓷太阳能板的内腔连通并设置在温室后墙钢结构组件内，温室后墙钢结构组件为带有空腔的钢结构体，温室内空气能穿过温室后墙钢结构组件的空腔进行循环流动。

进一步的,还包括温室地下蓄热风道，所述的温室地下蓄热风道与温室后墙的空腔连通，将经太阳能陶瓷相变组件加热的空气通过温室地下蓄热风道传递给温室地面及温室空间。

具体的,所述的温室地下蓄热风道沿日光温室的宽度方向朝向温室前墙铺设在温室地面下，且在温室地下蓄热风道靠近温室前墙的端部设置延伸的风道出风口。

还有,所述的保温绝热组件为保温绝热板，保温绝热板为EPS板。

另外,所述的温室后墙钢结构组件为温室后墙预装配格构柱。

优选的,所述的相变溶液中的相变成分包括Na₂SO₄、Na₂HPO₄、Al₂O₃和CMC；

具体的,按质量百分比计，Na₂SO₄为15％，Na₂HPO₄为80％，Al₂O₃为4％， CMC为1％。

更具体的,所述的相变溶液的配制包括：将上述相变成分加水溶解并加热到70℃成饱和液态溶液，即得相变溶液。

一种相变溶液，该相变溶液填充在所述的陶瓷太阳能板回水管路内；该相变溶液中的相变成分包括Na₂SO₄、Na₂HPO₄、Al₂O₃和CMC；

按质量百分比计，Na₂SO₄为15％，Na₂HPO₄为80％，Al₂O₃为4％，CMC为1％；

所述的相变溶液的配制包括：将上述相变成分加水溶解并加热到70℃成饱和液态溶液，即得相变溶液。

本发明的优点在于：

其一，采用预制钢结构模块化装配后墙，在钢结构的后墙骨架上装配蓄热模块、绝热模块和通风蓄热模块。因此在降低温室土建造价的基础上，提高了日光温室后墙的结构稳定性，而且还大大降低了温室的施工难度。

其二，日光温室建造过程中大量使用了干作业生产，因此具有建造速度快，施工限制条件少的特点。加之，大量采用了将蓄热、绝热体、主动蓄热风道系统和钢结构系统分开，因此具有价格低廉、建造方便和生态环保的特点。

其三，在温室后墙建造上首次采用了模块化组建装配技术，所利用的相变储能材料为液态相变材料，该材料被封装在装配在后墙内部的太阳能陶瓷集热组建内部，因此在建筑结构上可以结合日光温室的后墙进行一体化建造，因此大大降低温室土建的建筑成本，同时还可以增强日光温室后墙的稳定性。而且，该温室结构由于其特殊的后墙构造，因此，特别适宜在我国非耕地地区进行大面积推广应用。

其四，利用太阳能多晶硅电板和设置在后墙的风机，对后墙的陶瓷太阳能相变蓄热组建进行自主蓄放热，运行的费用低，保证率高，大大提高 了日光温室的保温性能，在实践生产中容易推广和保持长时间稳定运行。特别适宜于在偏远地区大面积推广。而且在陶瓷太阳能相变组建管路设计中采用了温室后墙与风道内部联通的方式，因此陶瓷集热器内部的液态相变材料可以在阳光的驱动下自主流动，实现高效蓄热。另外，后墙的风道既可以为相变管路加热，也可以利用温室地下蓄热风道向温室地面蓄热，进一步提高了温室的蓄热能力，同时也提高了地温。

其五，在控制系统中采用了太阳能驱动和生态智能控制系统，因此在光照条件好的天气状况下，太阳能板发电多，风机运行时间长，风机系统向后墙蓄热就会多。而在光照条件较差的天气，太阳能板发电较少，风机运行时间短，蓄热系统蓄热少。该特点恰好充分满足了温室在高温蓄热，低温放热的蓄放热科学规律，因此该技术极具市场推广价值。

附图说明

图1是本发明的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室的结构示意图；

图2是本发明的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室的地下蓄热风道图；

图3是本发明的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室的温室后墙热交换原理图；

图4是实施例一中相变溶液的DSC试验曲线；

图中的标号分别为：1-温室骨架、11-温室骨架悬挂横梁、2-保温绝热组件、3-温室后墙钢结构组件、4-太阳能陶瓷相变组件、41-陶瓷太阳能板回水管路、5-预埋件、6-温室后墙混凝土圈梁、7-温室地下蓄热风道、71-风道出风口、8-温室前墙、9-风机；

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明涉及一种相变蓄热后墙阳光温室，特别涉及一种陶瓷太阳能模 块化相变蓄热日光温室，该日光温室可以进行快速的模块化制造和装配，同时既可以自主地利用装配在温室后墙上的风机主动地进行蓄热和放热，也可以利用温室后墙内的液态相变材料由阳光中直接获取热量，由于后墙体大量预装配温室后墙钢结构组件、太阳能陶瓷相变组件和保温绝热组件的模块化装配砌筑技术，因此可以在大幅度降低温室土建造价的基础上，加快建造速度的基础上，从根本上提高日光温室蓄热性能。

首先，本发明的陶瓷太阳能板内部填充特殊配置的高能量密度相变溶液，该相变工质为质量比为15％的Na₂SO₄·10H₂O+80％的Na₂HPO₄·12H₂O+4％的Al₂O₃+1％的CMC混合物，将混合物加水溶解并加热到70℃，然后让其变成饱和液态溶液，最后将混合好的无机相变材料的饱和溶液注入陶瓷太阳能板的空腔之中，形成具有高蓄热能量的陶瓷太阳能后墙板。

其次，该温室结构建造时，首先施工温室土建的前屋脚圈梁和后墙基础，然后在后墙基础上浇注温室后墙混凝土圈梁，在浇注混凝土时同时现浇混凝土预埋件。然后将温室后墙预装配格构柱安装在混凝土预埋件上。最后再将温室骨架安装在温室的前屋脚和后墙顶端上，形成温室的整体骨架结构，并附带安装温室后坡绝热板(EPS)。

待整体骨架完成后，在后墙骨架上装配陶瓷太阳能板和陶瓷太阳能板回水管路，并在陶瓷太阳能内部注入相变蓄热工质，形成陶瓷太阳能主动蓄热后墙组件，并在后墙的外侧装配温室后墙绝热板(EPS)，在后墙顶部安装温室后墙主动蓄热风机，形成完整的陶瓷太阳能模块化装配相变蓄热的阳光温室。

一种陶瓷太阳能模块化装配自主蓄放热后墙的阳光温室，温室包括了一个自带高效集热的陶瓷太阳能系统和高密度集热相变工质的温室装配式后墙，同时该温室设计了后墙内部的蓄热风道和温室地下主动蓄热风道系统，该系统可以实现温室高效地蓄热。

本模块化装配自主蓄放热后墙的阳光温室，结构合理，制造简单，主 动蓄热能力强，蓄热能量密度大，使用寿命长。与现有日光温室的后墙相比，可大大减少建造成本和缩短建造时间，提高温室的建造标准化。在温室后墙建造上首次采用了模块化组建装配技术，所利用的相变储能材料为液态相变材料，该材料被封装在装配在后墙内部的太阳能陶瓷集热组建内部，因此在建筑结构上可以结合日光温室的后墙进行一体化建造，因此大大降低温室土建的建筑成本，同时还可以增强日光温室后墙的稳定性。

实施例一：

参照图1、2和3，本实施例的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室的具体结构，包括温室骨架1、保温绝热组件2、温室后墙钢结构组件3、太阳能陶瓷相变组件4、预埋件5、温室后墙混凝土圈梁6、温室地下蓄热风道7和温室前墙8；

该温室结构建造时，首先施工温室土建的温室前墙7前屋脚圈梁和温室后墙的基础，然后在温室后墙的基础上浇注温室后墙混凝土圈梁6，在浇注混凝土圈梁6时同时现浇预埋件5；然后将温室后墙钢结构组件3安装在预埋件5上，温室后墙钢结构组件3为温室后墙预装配格构柱，具体为外部是钢板、内部是交叉设置的支架的钢结构体；最后再将温室骨架1安装在温室前墙7的前屋脚和温室后墙的顶端上，形成温室的整体骨架结构，并附带在温室骨架1的后坡和温室后墙的外壁上安装保温绝热组件2，保温绝热组件2为EPS绝热板；

待整体骨架结构完成后，在温室后墙钢结构组件3上装配太阳能陶瓷相变组件4，太阳能陶瓷相变组件4包括陶瓷太阳能板和陶瓷太阳能板回水管路41，陶瓷太阳能板贴合温室后墙钢结构组件3的内壁设置，陶瓷太阳能板回水管路41嵌设在温室后墙钢结构组件3的空腔内，在陶瓷太阳能板回水管路41内填充相变溶液，形成陶瓷太阳能主动蓄热后墙组件，在后墙顶部安装风机9，形成完整的陶瓷太阳能模块化装配相变蓄热的阳光温室。

为了增加陶瓷太阳能模块化装配相变蓄热的阳光温室的整体蓄热能力 和提高温室内土壤的温度，本发明补充设计了温室地下蓄热风道，该温室地下蓄热风道与温室后墙钢结构组件的内腔整体贯通在一起，形成一个贯穿温室后墙和地下的整体蓄热体系，因此可以达到最大限度地提高温室的蓄热效率和蓄热热容量，为温室从根本上克服蓄热不足打好结实的结构基础。

其中，本实施例所述的相变溶液的制备方法包括以下步骤：

步骤一、相变材料包括：质量百分比为15％的Na₂SO₄·10H₂O+80％的Na₂HPO₄·12H₂O+4％的Al₂O₃+1％的CMC混合；

步骤二：将相变材料加水溶解并加热到70℃，加热过程中充分搅拌，使其成为饱和溶液得到相变溶液；

步骤三：将相变溶液注入陶瓷太阳能板回水管路41之中，并将陶瓷太阳能板的上下管道口和位于温室后墙钢结构组件3内部的陶瓷太阳能板回水管路41连接形成内外贯通的管路系统；

步骤四：将封装了相变溶液的陶瓷太阳能相变组件4装配在温室后墙钢结构组件上，然后可以按照一般的施工方式正常施工其他组件。

重复实验结果表明该相变溶液重复性好,相变温度稳定，相变温度实验，实验结果证明本发明的相变溶液具有良好的相变效果。从图4的DSC曲线可以知道，当外界温度升高时，该相变材料从0℃开始大量吸热，在12.72℃达到吸热的峰值，该阶段的吸热达到了80.25J/g。当外界温度降低时，该相变材料从40℃开始大量放热，在27.48℃左右达到放热的峰值，该阶段的放热达到了25.93J/g；从10℃之后，该相变材料的放热速度开始减慢，放热趋于平缓。

Claims (10)

1.一种陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,包括温室骨架(1)、温室后墙和温室前墙(8)，其特征在于，所述的温室后墙为空腔墙体，温室后墙的内墙壁上嵌设太阳能陶瓷相变组件，太阳能陶瓷相变组件(4)包括陶瓷太阳能板和陶瓷太阳能板回水管路(41)，陶瓷太阳能板贴设在温室后墙内壁上，陶瓷太阳能板回水管路(41)与陶瓷太阳能板的内腔连通并设置在温室后墙内，陶瓷太阳能板回水管路(41)内填充相变溶液，温室内空气能穿过温室后墙的空腔进行循环流动。

2.如权利要求1所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,所述的温室后墙温室后墙依次设有保温绝热组件(2)、温室后墙钢结构组件(3)及陶瓷太阳能板，陶瓷太阳能板回水管路(41)与陶瓷太阳能板的内腔连通并设置在温室后墙钢结构组件(3)内，温室后墙钢结构组件(3)为带有空腔的钢结构体，温室内空气能穿过温室后墙钢结构组件的空腔进行循环流动。

3.如权利要求1或2所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,还包括温室地下蓄热风道(7)，所述的温室地下蓄热风道(7)与温室后墙的空腔连通，将经太阳能陶瓷相变组件(4)加热的空气通过温室地下蓄热风道(7)传递给温室地面及温室空间。

4.如权利要求3所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,所述的温室地下蓄热风道(7)沿日光温室的宽度方向朝向温室前墙(8)铺设在温室地面下，且在温室地下蓄热风道(7)靠近温室前墙(8)的端部设置延伸的风道出风口(71)。

5.如权利要求2所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,所述的保温绝热组件(2)为保温绝热板，保温绝热板为EPS板。

6.如权利要求2所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征 在于,所述的温室后墙钢结构组件(3)为温室后墙预装配格构柱。

7.如权利要求1或2所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,所述的相变溶液中的相变成分包括Na₂SO₄、Na₂HPO₄、Al₂O₃和CMC。

8.如权利要求7所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,按质量百分比计，Na₂SO₄为15％，Na₂HPO₄为80％，Al₂O₃为4％，CMC为1％。

9.如权利要求8所述的陶瓷太阳能模块化相变蓄热日光温室,其特征在于,所述的相变溶液的配制包括：将上述相变成分加水溶解并加热到70℃成饱和液态溶液，即得相变溶液。

10.一种相变溶液，其特征在于，该相变溶液填充在权利要求1、2、3、4、5或6所述的陶瓷太阳能板回水管路内；该相变溶液中的相变成分包括Na₂SO₄、Na₂HPO₄、Al₂O₃和CMC；

按质量百分比计，Na₂SO₄为15％，Na₂HPO₄为80％，Al₂O₃为4％，CMC为1％；

所述的相变溶液的配制包括：将上述相变成分加水溶解并加热到70℃成饱和液态溶液，即得相变溶液。