CN107419819A - 一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构。墙体结构从室外到室内依次包括外饰面板、外保温板、外定形相变材料板、墙体层、内定形相变材料板、内保温板和内饰面板，其中饰面板、保温板和定形相变材料板结合在一起构成新型的饰面保温板，外、内定形相变材料板是由新型无机复合相变材料及其封装材料所组成，封装材料表面贴有耐高温防火材料。本发明将两种相变温度不同的材料与墙体结合，不仅制作安装简便快捷，而且保温隔热效果好，使用范围广，在不同季节下都可以发挥出相变材料的储能作用，能够有效地提高室内环境居住舒适度，降低建筑能耗。

Description

一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构
技术领域
本发明属于被动式建筑节能领域，具体涉及一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构。
背景技术
随着建筑业的高速发展和人民生活质量的提高，建筑能耗已经和工业能耗以及交通能耗一起成为我国的三大“耗能大户”。目前建筑物采用的轻质围护结构可以减轻建筑结构自身承重，而且具有一定的保温隔热效果，但是普通轻质材料有着热容较小，储热能力差的缺点，往往使得室内的温度产生较大的波动，由其所引起的供热和制冷能耗占了总能耗的20～50％。因此，采用储热容量大的相变材料与轻质围护结构结合，可以增强墙体结构的热性能，对于建筑节能的实现具有重要意义。
相变材料具有较大的潜热值以及高的储能密度，与传统建筑结构相比，相变储热材料在储存相同热量时可以减小建筑质量或者说在相同的建筑质量下可以储存更多的热能。相变材料通过潜热的形式对热能进行储存和释放，可以减小在供热和制冷上的建筑能源消耗，促进能源的有效利用。
目前关于相变材料在建筑围护结构中的应用研究基本都是基于单一的相变材料层，其无法在一年四季都改善墙体结构的热性能。在公告号CN 104674978 B的发明专利中，提供了一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，能够有效地降低外墙冷负荷和热负荷。但是其相变墙板层所采用的是有机相变材料，具有可燃性，存在着火灾安全隐患等问题，而且有机相变材料价格较高，这都限制了其在实际上的应用范围。相比于有机相变材料，无机相变材料价格低廉，而且不可燃，通过添加成核剂和增稠剂改善其过冷和相分离等问题，可有效促进相变围护结构的应用和发展，降低能源消耗。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种含有成本低、阻燃效果好的双层相变材料板的储能建筑保温结构。其中双层相变材料板由解决了过冷和相分离等问题的无机水合盐或共晶盐组装得到。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，墙体结构从室外到室内依次包括外饰面板、外保温板、外定形相变材料板、墙体层、内定形相变材料板、内保温板和内饰面板，其中外饰面板、外饰保温板和外定形相变材料板结合在一起构成外饰面保温板，内饰面板、内保温板和内定形相变材料板结合在一起构成内饰面保温板；外定形相变材料板和内定形相变材料板均是由无机复合相变材料及其封装材料所制成，封装材料表面贴有耐高温防火材料；
所述无机复合相变材料为添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐与多孔载体材料复合得到；所述外定形相变材料板相变峰值温度为10～50℃，内定形相变材料板相变峰值温度为10～25℃；所述无机复合相变材料中，添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐的质量百分含量为50～95％，多孔载体材料的质量百分含量为5～50％。
优选的，所述无机水合盐或共晶盐包含但不局限于三水合醋酸钠、五水合硫代硫酸钠、六水合氯化钙、六水合氯化镁、六水合硝酸镁、七水合硝酸镁、八水合氢氧化钡、十水合硫酸钠、十水合碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、十二水合硫酸铝铵和十八水合硫酸铝中的一种或多种。
优选的，所述多孔载体材料包含但不局限于膨胀石墨、活性炭、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土、蒙脱土、泡沫铝、泡沫铜、碳泡沫、二氧化硅、三氧化二铝中的一种或多种。
优选的，所述外定形相变材料板和内定形相变材料板由以下步骤制得：
(1)将无机盐(一种或两种以上)和水按一定比例混合后恒温加热融化，或是直接取无机水合盐(一种或两种以上)进行恒温加热融化，得到两种相变温度不同的液态无机水合盐或共晶盐，然后分别添加成核剂以及增稠剂，得到两种液态的添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐；
(2)将上述两种液态的添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐分别与多孔载体材料进行混合并充分搅拌，混合均匀后置于低温下固化；
(3)将固化后的无机复合相变材料用封装材料进行封装，再贴上耐高温防火材料，分别得到外定形相变材料板和内定形相变材料板，厚度均为5mm～50mm。
本发明所述添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐具有低过冷、无相分离的特点，实施例中简称为低过冷、无相分离的无机水合盐或共晶盐；上述恒温加热融化温度是由无机盐或无机水合盐的熔点确认的，一般在高于熔点10～30℃左右的温度加热融化；低温下固化是指在低于相变材料的凝固温度下固化，可置于冰箱中冷藏。
更优选的，所述成核剂包含但不局限于硼砂、氧化铝、硅酸钠、六水合氯化锶、硫酸钙、碳酸锶、氢氧化钡和碳酸钙中的一种或两种以上，增稠剂包含但不局限于羟乙基纤维素、蔗糖、甲基纤维素、淀粉、羧甲基纤维素和二氧化硅中的一种或两种以上；所述成核剂和增稠剂的质量百分含量都为无机水合盐或共晶盐的0.5～5％。
优选的，所述外饰面板和内饰面板，包含但不局限于细木工板、胶合板、密度板、刨花板、防火板、铝塑板、塑料扣板、铝扣板、石膏板、定向结构板、硅酸钙板、杉木集成板和铝单板中的一种或两种以上，根据所选饰面板、墙体结构和墙体朝向等的不同，饰面板的厚度可取1mm～100mm。
优选的，所述内保温板和外保温杯，包含但不局限于矿棉板、岩棉板、玻璃棉板、聚乙烯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛板、气凝胶毡、陶瓷保温板、钙塑板、发泡水泥、泡沫玻璃、泡沫石膏、珍珠岩保温板和橡塑海绵中的一种或两种以上，根据所选保温板、墙体结构和墙体朝向等的不同，保温板的厚度可取0mm～50mm。
优选的，所述封装材料包含但不局限于铝箔袋、PE密封袋、真空袋、PVC板、铝板和铝蜂窝板等中的一种，厚度为0.1mm～10mm；所述封装材料表面贴的耐高温防火材料包含但不局限于铝箔玻璃纤维布。
相对现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明在制备无机复合相变材料的过程中添加了适量的成核剂和增稠剂，并与多孔载体材料复合，解决了无机水合盐或共晶盐的过冷和相分离等问题。所制得的定形相变板保温隔热效果好，内定形相变板在采暖季节可以对室内的热量进行储存利用，减小热能损失，外定形相变材料板在供冷季节可以大量吸收室外通过墙体的热量，防止过多的热流进入室内，从而可以在一年四季中提高墙体热性能，达到改善居住舒适度和降低能耗的目的。此外，该定形相变板具有便宜易得、不可燃和储能密度高的优点，且制作安装简便快捷，便于加工维护。
附图说明
图1是本发明所构建的含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构的构造示意图。附图中的标记为：1-外饰面板，2-外保温板，3-外定形相变材料板，4-墙体层，5-内定形相变材料板，6-内保温板，7-内饰面板。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
选取厚度为3mm的铝单板作为外饰面板，10mm聚苯乙烯泡沫板作为内、外保温板，200mm的混凝土墙作为墙体层，2mm的铝扣板作为内饰面板。
将无水氯化钙与蒸馏水按1：6的摩尔比例混合制得六水合氯化钙，加入六水合氯化钙质量2％的六水合氯化锶作为成核剂，以及六水合氯化钙质量0.5％的羟乙基纤维素作为增稠剂，混合均匀，得到低过冷、无相分离的无机水合盐；按照所得低过冷、无相分离的无机水合盐90％、膨胀石墨载体10％的质量比将二者复合得到六水合氯化钙/膨胀石墨复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为30℃，相变焓值为120J/g，无过冷和相分离现象，稳定性好。用厚度为1mm的真空袋对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为5mm的外定形相变材料板。
将六水合氯化钙与六水合硝酸镁按85:15的质量比例混合制得共晶盐，加入共晶盐质量3％的六水合氯化锶作为成核剂，以及共晶盐质量0.5％的羟乙基纤维素作为增稠剂，混合均匀，得到低过冷、无相分离的共晶盐；按照所得低过冷、无相分离的共晶盐88％、膨胀石墨载体12％的质量比将二者复合得到六水合氯化钙-六水合硝酸镁/膨胀石墨复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为23℃，相变焓值为85J/g，过冷度小，无相分离现象，稳定性好。用厚度为1mm的真空袋对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为5mm的内定形相变材料板。
保温板和定形相变板可填充于铝单板或铝扣板背面的空腔结构中，通过结构胶进行粘合。
由上述墙体结构构建参考房和相变房，监控房间在夏季以及冬季的温度变化，其中参考房不放置内外定形相变材料板，相变房放置内外定形相变材料板。结果表明，相对于参考房，在夏季，相变房室内温度波动减小了3℃，峰值温度出现时间延缓了1.7h；在冬季，相变房室内温度波动减小了2℃，峰值温度出现时间延缓了1.3h。可见含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构具有更优异的储热能力，能明显提高墙体的热惰性，减小室内的温度波动，延缓室内最高温度出现的时间，起到削峰填谷的作用，从而达到降低建筑能耗以及提高居住舒适度的目的。
实施例2
参考实施例1，所不同的是墙体没有内保温板，外定形相变材料板采用的无机水合盐由六水合氯化钙与六水合硝酸镁按92:8的质量比例混合制得的共晶盐代替，所得材料的相变峰值温度为28℃，相变焓值为100J/g，过冷度小，无相分离现象，稳定性好。同实施例1测试结果表明，相对于参考房，在夏季，相变房室内温度波动减小了2.6℃，峰值温度出现时间延缓了1.5h；在冬季，相变房室内温度波动减小了1.7℃，峰值温度出现时间延缓了1h。可见含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构具有更优异的储热能力，能明显提高墙体的热惰性，减小室内的温度波动，延缓室内最高温度出现的时间，起到削峰填谷的作用，从而达到降低建筑能耗以及提高居住舒适度的目的。
实施例3
选取厚度为4mm的铝塑板作为外饰面板，10mm的矿棉板作为外保温板，240mm的砖墙作为墙体层，20mm聚苯乙烯泡沫板作为内保温板，12mm的石膏板作为内饰面板。
将十水合硫酸钠恒温加热融化后，加入十水合硫酸钠质量3％的硼砂作为成核剂，以及十水合硫酸钠质量1％的羧甲基纤维素作为增稠剂，得到低过冷、无相分离的无机水合盐；按照所得低过冷、无相分离的无机水合盐50％、膨胀珍珠岩载体50％的质量比将二者复合得到十水合硫酸钠/膨胀珍珠岩复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为35℃，相变焓值为100J/g，无过冷和相分离现象，稳定性好。用厚度为2mm的PVC板对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为8mm的外定形相变材料板。
将六水合氯化钙与六水合氯化镁按50:50的质量比例混合制得共晶盐，加入共晶盐质量3％的六水合氯化锶以及共晶盐质量1％的碳酸锶作为成核剂，共晶盐质量0.5％的羟乙基纤维素作为增稠剂，混合均匀，得到低过冷、无相分离的共晶盐；按照所得低过冷、无相分离的共晶盐90％、膨胀石墨载体10％的质量比将二者复合得到六水合氯化钙-六水合氯化镁/膨胀石墨复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为23℃，相变焓值为70J/g，无过冷和相分离现象，稳定性好。用厚度为2mm的PVC板对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为8mm的外定形相变材料板。
由上述墙体结构构建参考房和相变房，监控房间在夏季以及冬季的温度变化，其中参考房不放置内外定形相变材料板，相变房放置内外定形相变材料板。结果表明，相对于参考房，在夏季，相变房室内温度波动减小了2.5℃，峰值温度出现时间延缓了1.3h；在冬季，相变房室内温度波动减小了1.8℃，峰值温度出现时间延缓了1.1h。可见含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构具有更优异的储热能力，能明显提高墙体的热惰性，减小室内的温度波动，延缓室内最高温度出现的时间，起到削峰填谷的作用，从而达到降低建筑能耗以及提高居住舒适度的目的。
实施例4
参考实施例3，所不同的是墙体没有外保温板，内定形相变材料板是由六水氯化钙与六水氯化镁的共晶盐，加入成核剂和增稠剂后，再与硅藻土复合得到。同实施例1测试结果表明，相对于参考房，在夏季，相变房室内温度波动减小了2.2℃，峰值温度出现时间延缓了1.1h；在冬季，相变房室内温度波动减小了1.6℃，峰值温度出现时间延缓了1h。可见含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构具有更优异的储热能力，能明显提高墙体的热惰性，减小室内的温度波动，延缓室内最高温度出现的时间，起到削峰填谷的作用，从而达到降低建筑能耗以及提高居住舒适度的目的。
实施例5
选取厚度为15mm的胶合板作为外饰面板，5mm的挤塑聚苯乙烯泡沫板作为外保温板，370mm的砖墙作为墙体层，15mm岩棉板作为内保温板，10mm的密度板作为内饰面板。
将十二水合磷酸氢二钠和十水合碳酸钠按60：40的质量比例混合得到共晶盐，加入共晶盐质量1％的氧化铝作为成核剂，以及共晶盐质量1％的羧甲基纤维素钠作为增稠剂，混合均匀，得到低过冷、无相分离的共晶盐；按照所得低过冷、无相分离的共晶盐80％、二氧化硅载体20％的质量比将二者复合得到十二水合磷酸氢二钠-十水合硫酸钠/二氧化硅复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为31℃，相变焓值为150J/g，过冷度小，无相分离现象，稳定性好。用厚度为1.5mm的铝板对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为6mm的外定形相变材料板。
将六水合氯化钙与六水合硝酸镁按82:18的质量比例混合制得共晶盐，加入共晶盐质量3％的六水合氯化锶作为成核剂，以及共晶盐质量0.5％的羟乙基纤维素作为增稠剂，混合均匀，得到低过冷、无相分离的共晶盐；按照所得低过冷、无相分离的共晶盐85％、活性炭载体15％的质量比将二者复合得到六水合氯化钙-六水合硝酸镁/活性炭复合相变材料。所得材料的相变峰值温度为20℃，相变焓值为75J/g，过冷度小，无相分离现象，稳定性好。用厚度为1.5mm的铝板对其进行封装，继而在外面贴上防火的铝箔玻璃纤维布，制得厚度为6mm的外定形相变材料板。
由上述墙体结构构建参考房和相变房，监控房间在夏季以及冬季的温度变化，其中参考房不放置内外定形相变材料板，相变房放置内外定形相变材料板。结果表明，相对于参考房，在夏季，相变房室内温度波动减小了3.8℃，峰值温度出现时间延缓了2.1h；在冬季，相变房室内温度波动减小了2.4℃，峰值温度出现时间延缓了1.6h。可见含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构具有更优异的储热能力，能明显提高墙体的热惰性，减小室内的温度波动，延缓室内最高温度出现的时间，起到削峰填谷的作用，从而达到降低建筑能耗以及提高居住舒适度的目的。
上述实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，墙体结构从室外到室内依次包括外饰面板、外保温板、外定形相变材料板、墙体层、内定形相变材料板、内保温板和内饰面板，其中外饰面板、外保温板和外定形相变材料板结合在一起构成外饰面保温板，内饰面板、内保温板和内定形相变材料板结合在一起构成内饰面保温板；外定形相变材料板和内定形相变材料板均是由无机复合相变材料及其封装材料所制成，封装材料表面贴有耐高温防火材料；
所述无机复合相变材料为添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐与多孔载体材料复合得到；所述外定形相变材料板相变峰值温度为10～50℃，内定形相变材料板相变峰值温度为10～25℃；所述无机复合相变材料中，添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐的质量百分含量为50～95％，多孔载体材料的质量百分含量为5～50％。
2.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述无机水合盐或共晶盐包含但不局限于三水合醋酸钠、五水合硫代硫酸钠、六水合氯化钙、六水合氯化镁、六水合硝酸镁、七水合硝酸镁、八水合氢氧化钡、十水合硫酸钠、十水合碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、十二水合硫酸铝铵和十八水合硫酸铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述多孔载体材料包含但不局限于膨胀石墨、活性炭、膨胀珍珠岩、蛭石、硅藻土、蒙脱土、泡沫铝、泡沫铜、碳泡沫、二氧化硅、三氧化二铝中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述外定形相变材料板和内定形相变材料板由以下步骤制备得到：
(1)将一种或两种以上的无机盐和水按一定比例混合后恒温加热融化，或者是直接取一种或两种以上的无机水合盐进行恒温加热融化，得到两种相变温度不同的液态无机水合盐或共晶盐，然后分别添加成核剂以及增稠剂，得到两种液态的添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐；
(2)将上述两种液态的添加了成核剂以及增稠剂的无机水合盐或共晶盐分别与多孔载体材料进行混合并充分搅拌，混合均匀后置于低温下固化；
(3)将固化后的无机复合相变材料用封装材料进行封装，再贴上耐高温防火材料，分别得到外定形相变材料板和内定形相变材料板。
5.根据权利要求4所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述外定形相变材料板和内定形相变材料板的厚度均为5mm～50mm。
6.根据权利要求4所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述成核剂包含但不局限于硼砂、氧化铝、硅酸钠、六水合氯化锶、硫酸钙、碳酸锶、氢氧化钡和碳酸钙中的一种或两种以上，增稠剂包含但不局限于羟乙基纤维素、蔗糖、甲基纤维素、淀粉、羧甲基纤维素和二氧化硅中的一种或两种以上；所述成核剂和增稠剂的质量百分含量都为无机水合盐或共晶盐的0.5～5％。
7.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述外饰面板和内饰面板，包含但不局限于细木工板、胶合板、密度板、刨花板、防火板、铝塑板、塑料扣板、铝扣板、石膏板、定向结构板、硅酸钙板、杉木集成板和铝单板中的一种或两种以上；外饰面板和内饰面板的厚度均为1mm～100mm。
8.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述内保温板和外保温板，包含但不局限于矿棉板、岩棉板、玻璃棉板、聚乙烯泡沫板、聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、酚醛板、气凝胶毡、陶瓷保温板、钙塑板、发泡水泥、泡沫玻璃、泡沫石膏、珍珠岩保温板和橡塑海绵中的一种或两种以上；内保温板和外保温板的厚度均为0mm～50mm。
9.根据权利要求1所述的一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构，其特征在于，所述封装材料包含但不局限于铝箔袋、PE密封袋、真空袋、PVC板、铝板和铝蜂窝板中的一种，厚度为0.1mm～10mm；所述封装材料表面贴的耐高温防火材料包含但不局限于铝箔玻璃纤维布。
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