CN108930358A - 一种热管嵌入式混凝土墙板和房屋 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热管嵌入式混凝土墙板和房屋，该热管嵌入式混凝土墙板包括板状的混凝土本体(1)，混凝土本体(1)内含有流体通道(2)和管体(3)，混凝土本体(1)外设有流体通道(2)的入口(4)和出口(5)，管体(3)的一端设置于流体通道(2)内。该热管嵌入式混凝土墙板中管体能够吸收墙体中热量并传递到给水系统，这样通过外墙传递到室内的太阳热也能够相应地减少，从而降低空调负荷。流经热管嵌入式混凝土墙体的水能够用作生活热水系统的预热给水，从而减少加热热水的化石能源消耗量。

Description

一种热管嵌入式混凝土墙板和房屋

技术领域

本发明涉及建材领域，具体的是一种热管嵌入式混凝土墙板，还是一种含有该热管嵌入式混凝土墙板的房屋。

背景技术

建筑的外墙具有承载重量、遮挡风雨、保温隔热、防止噪音、防火安全等功能。我国大多数的民用和工业用建筑的外墙通常砖木结构或钢筋水泥结构，该结构存在保温效果差的缺点，所以无论是冬季还是夏季均存在高能耗的问题。为此我国推出了《公共建筑节能设计标准》和《民用建筑节能设计标准》，上述标准中对新建建筑的保温性能提出了要求，但是我国的建筑仍然存在着太阳能利用效率低的问题。

发明内容

为了提高建筑对太阳能的利用效率，本发明提供了一种热管嵌入式混凝土墙板和房屋，该热管嵌入式混凝土墙板能够将太阳光辐射的热量通过管体传递至流体通道内的流体，从而可以减少太阳光辐射通过外墙进入室内的热量，减少室内空调系统的负荷，减少室内用于加热的化石燃料消耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热管嵌入式混凝土墙板，包括板状的混凝土本体，混凝土本体内含有流体通道和管体，混凝土本体外设有流体通道的入口和出口，管体的一端设置于流体通道内。

管体为封闭结构，管体内含有密封空腔，该密封空腔内的一部分空间含有用于传热的冷凝剂，该密封空腔内的另一部分空间为真空状态。

冷凝剂全部位于流体通道外。

管体呈直立状态，管体的管壁的厚度均匀，管体的上端设置于流体通道内，冷凝剂位于管体的下端内。

管体的上端的外径大于管体的下端的外径，沿竖直方向，管体的上端的长度为管体长度的4％～40％。

混凝土本体内还含有传热板，传热板位于流体通道和管体外，传热板与管体连接。

传热板为金属板，混凝土本体和传热板均为直立状态，传热板与混凝土本体的外表面平行。

混凝土本体为直立状态，流体通道沿混凝土本体的宽度方向设置，管体呈直立状态。

流体通道的内表面或外表面设有保温隔热层，混凝土本体内含有至少一条流体通道，混凝土本体内含有至少一根管体。

一种房屋，该房屋的外墙由上述热管嵌入式混凝土墙板砌成，相邻的两块所述热管嵌入式混凝土墙板的流体通道的入口和出口对应密封连接。

本发明的有益效果是：

1、从建筑设计的角度来看，对建筑外观和功能没有影响；

2、易于标准化设计和制作，从而能够很好地控制生产质量和产品寿命周期；

3、快速、整洁、低噪的低成本安装过程；

4、不存在装在外部的构件，因此没有构件掉落临街的危险；

5、无需日常维护，因为嵌入的热管没有活动部件，也不存在腐蚀和结垢问题，且每根热管独立工作；

6、不会像水管埋于墙体那样存在结冻和卫生问题；

7、作为热二极管阻止逆流问题，从而减少水的热损；

8、加强节能，提高人体热舒适，以及促进可持续建筑环境。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述热管嵌入式混凝土墙板的主视图。

图2是图1中沿A-A方向的剖视图。

图3是第一种管体的示意图。

图4是第二种管体的示意图。

图5是第三种管体的示意图。

1、混凝土本体；2、流体通道；3、管体；4、入口；5、出口；6、冷凝剂；7、传热板；8、太阳光。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种热管嵌入式混凝土墙板，包括板状的混凝土本体1，混凝土本体1内含有流体通道2和管体3，混凝土本体1外设有流体通道2的入口4和出口5，管体3的一端设置于流体通道2内，如图1和图2所示。

当太阳光8照射到混凝土本体1的外表面时，如图1所示，混凝土本体1温度将上升，混凝土本体1吸收到的热量将传递给管体3，管体3再进一步将热量传递给流体通道2内的流体(如水)，这样流体通道2内的流体最终获得了太阳光8的热能，该流体可以用于建筑内用户的洗涤和采暖等需求，流体通道2和管体3可以该降低热管嵌入式混凝土墙板的温度，从而降低夏季室内空调系统的能耗。

晴天，热管蒸发段从墙体吸热，通过热管内工作流体的两相流动，将热量传递到冷凝段，冷凝段将吸收的热量传递给绝热水箱内的冷水，从而使得进入室内环境的热量减少，同时，被加热的冷水可以用作预热热水。因此，最终空调和热水系统能耗都能够降低，同时，墙体表面亦能够降低到更舒适的温度，城市热岛效应也会减少。

在本实施例中，管体3为封闭结构，管体3内含有密封空腔，该密封空腔内的一部分空间含有用于传热的冷凝剂6，冷凝剂6的体积小于该密封空腔的容积，该密封空腔内的另一部分空间为真空状态，如图1所示，管体3内密封空腔的下部含有冷凝剂6，管体3内密封空腔的中部和上部为真空状态。冷凝剂6全部位于流体通道2外。管体3(可以称为“热管”)呈直立状态，管体3的管壁的厚度均匀，管体3的上端设置于流体通道2内，冷凝剂6位于管体3的下端内。

使用时，如晴天，热管蒸发段(即管体3的下部)从墙体吸热，通过热管内工作流体的两相流动，将热量传递到冷凝段(即管体3的上端)，冷凝段将吸收的热量传递给流体通道2内的流体(如冷水)，从而使得进入室内环境的热量减少，同时，被加热的冷水可以用作预热热水。因此，最终空调和热水系统能耗都能够降低，同时，墙体表面亦能够降低到更舒适的温度，城市热岛效应也会减少。

混凝土本体1在太阳光8照射后温度上升，管体3吸热后将热量传递给下部的冷凝剂6，冷凝剂6吸热后将从液态转换为气态并上升，气态的冷凝剂6进入管体3的上端并经过流体通道2内流体的冷却后冷凝成液体并流回管体3的下部，冷凝剂6可以提高流体通道2内流体的吸热效率。

在本实施例中，管体3的上端的外径大于管体3的下端的外径，可以有利于增加接触面积，提高冷凝剂6与流体通道2内流体的换热效率。另外，沿竖直方向，管体3的上端的长度为管体3长度的4％～40％。

在本实施例中，混凝土本体1内还含有传热板7，传热板7位于流体通道2和管体3外，传热板7与管体3连接。混凝土本体1内的传热板7可以为多块，传热板7的作用是增大管体3的中部和下部与混凝土本体1内的接触面积，提高管体3的吸热效率。

具体的，传热板7为金属板，如传热板7可以为铝板或铜板，如图1所示，混凝土本体1和传热板7均为直立状态，传热板7与混凝土本体1的外表面平行。混凝土本体1的外表面为图1中的左侧表面，即该热管嵌入式混凝土墙板在使用时朝向室外的表面。管体3位于混凝土本体1的外表面和传热板7之间。

在本实施例中，混凝土本体1为直立状态，流体通道2沿混凝土本体1的宽度方向设置，管体3呈直立状态。混凝土本体1的长度方向为图2中的上下方向，混凝土本体1的宽度方向为图2中的左右方向，混凝土本体1的厚度方向为图1中的左右方向。图1中，混凝土本体1的左侧为室外，混凝土本体1的右侧为室内。

在本实施例中，为了避免流体通道2内液体吸收的热量重新返回至混凝土本体1内，流体通道2的内表面或外表面设有保温隔热层。混凝土本体1内可以含有至少一条流体通道2，混凝土本体1内含有至少一根管体3。当混凝土本体1内含有多条流体通道2和多根管体3时，流体通道2和管体3均呈行列排布(如图2即可以表示一块热管嵌入式混凝土墙板也可以表示三块热管嵌入式混凝土墙板连接)，。流体通道2的内径可以处处相同，如图1和图2所示，或者，流体通道2在与管体3相对应的部位的直径可以大于其它部位的内径。

在本实施例中，热管嵌入式混凝土墙板可以为矩形或其它多边形，混凝土本体1有轻质混凝土制成，混凝土本体1内可以含有钢筋，混凝土本体1外表面可以设置保温层、装饰层和抹灰层等。混凝土本体1在建筑施工中的使用方式可以参考现有空心砌块砖的使用方式。

该热管嵌入式混凝土墙板通过预制成型，每一块热管嵌入式混凝土墙板的形状和尺寸可以根据特定的建筑设计进行定制并于施工现场进行安装，使之成为建筑外立面的一部分。最常规的设计是将每一根独立工作的管体3竖直均匀地埋入混凝土本体1内。通过上述方式，排列的管体3(可以称为“热管”)将墙体吸收的热量传递到给水系统，通过外墙传递到室内的太阳热也能够相应地减少，从而降低空调负荷。流经热管嵌入式混凝土墙体的水能够用作生活热水系统的预热给水，从而减少加热热水的化石能源消耗量。

管体3可以采用如图1和图2所示的“火柴头”式结构，也可以采用其它的结构形式。如图3所示，管体3可以为T形结构，管体3含有横管和立管，该横管位于流体通道2内，该立管位于混凝土本体1内，立管可以为螺旋线形。如图4所示，管体3可以为Y形结构，管体3含有一根立管和两根斜管，该两根斜管位于流体通道2内，该一根立管位于混凝土本体1内。管体3还可以为回字形结构，管体3含有两根横管和两根立管，上部的横管位于流体通道2内，下部的横管位于混凝土本体1内，一根立管的内径可以大于另一根立管的内径，如图5所示，或者两根立管的内径也可以相同。

下面介绍一种房屋，该房屋的外墙由上述热管嵌入式混凝土墙板砌成，沿水平方向，相邻的两块所述热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2的入口4和出口5对应密封连接，如图2所示，左侧的热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2的出口5与中间的热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2的入口4对应密封连接，中间的热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2的出口5与右侧的热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2的入口4对应密封连接。每块热管嵌入式混凝土墙板的流体通道2连通后形成热水供应网络。该房屋的外墙外表面可以设置保温层、装饰层和抹灰层等，该房屋的内墙外表面也可以设置保温层、装饰层和抹灰层等。

实验测试和数值模拟分析表明该热管混凝土墙能够非常有效地将太阳热转移走，因此是一种非常好的兼有主动和被动式太阳能设计的绿色建筑节能产品。相对于将水管埋于墙体的做法，减少了许多隐藏的风险，如结冻、漏水和卫生问题。模块化工厂生产能够更好地实现质量控制、高效的现场安装，以及提高其整个碳排放周期的工作性能。

此发明主要应用于新建绿色建筑以实现超低能耗建筑甚至是零碳建筑。该工业产品既包含主动式太阳能设计，又包含被动式太阳能设计，是成功走向可持续城市和智慧城市发展道路的很重要的一步。下面我们陈述了热管嵌入式混凝土墙用于香港和上海两个现代化城市建筑的能源性能评估，以供参考。

通过模拟研究表明，在香港，制冷季通过热管嵌入式外墙的得热能够降低到常规外墙的72.7％，冬季的热损变化非常小，通过墙体的总传热(得热和热损)能够降低到常规外墙的76.1％；在上海，与香港的不同点主要出现在冬天，制冷季通过热管嵌入式外墙的得热降低到常规外墙的76.5％，制热季的热损却增加了29.7％，其原因是为了符合当地的节能标准，上海的常规外墙保温很好，从而最后通过墙体的总传热反而稍微增加了2.3％。

另一方面，该热管嵌入式混凝土外墙在香港和上海用于加热热水的年均热效率分别为12.8％和16％，应用于上海的热效率相对较好。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，该热管嵌入式混凝土墙板包括板状的混凝土本体(1)，混凝土本体(1)内含有流体通道(2)和管体(3)，混凝土本体(1)外设有流体通道(2)的入口(4)和出口(5)，管体(3)的一端设置于流体通道(2)内。

2.根据权利要求1所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，管体(3)为封闭结构，管体(3)内含有密封空腔，该密封空腔内的一部分空间含有用于传热的冷凝剂(6)，该密封空腔内的另一部分空间为真空状态。

3.根据权利要求1所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，冷凝剂(6)全部位于流体通道(2)外。

4.根据权利要求2或3所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，管体(3)呈直立状态，管体(3)的管壁的厚度均匀，管体(3)的上端设置于流体通道(2)内，冷凝剂(6)位于管体(3)的下端内。

5.根据权利要求4所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，管体(3)的上端的外径大于管体(3)的下端的外径，沿竖直方向，管体(3)的上端的长度为管体(3)长度的4％～40％。

6.根据权利要求1所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，混凝土本体(1)内还含有传热板(7)，传热板(7)位于流体通道(2)和管体(3)外，传热板(7)与管体(3)连接。

7.根据权利要求6所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，传热板(7)为金属板，混凝土本体(1)和传热板(7)均为直立状态，传热板(7)与混凝土本体(1)的外表面平行。

8.根据权利要求1所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，混凝土本体(1)为直立状态，流体通道(2)沿混凝土本体(1)的宽度方向设置，管体(3)呈直立状态。

9.根据权利要求1所述的热管嵌入式混凝土墙板，其特征在于，流体通道(2)的内表面或外表面设有保温隔热层，混凝土本体(1)内含有至少一条流体通道(2)，混凝土本体(1)内含有至少一根管体(3)。

10.一种房屋，其特征在于，该房屋的外墙由权利要求1至9中任意一项所述热管嵌入式混凝土墙板砌成，相邻的两块所述热管嵌入式混凝土墙板的流体通道(2)的入口(4)和出口(5)对应密封连接。