CN109083301A - 一种相变温度可调的相变材料墙体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变温度可调的相变材料墙体结构，可应用于民用建筑采暖与空调节能、绿色建筑节能、被动式建筑节能等领域。墙体面向室内的表面上布置有多个阵列布置的相变材料套筒，每一相变材料套筒内填充有夏季用相变材料和冬季用相变材料。利用驱动单元带动相变材料套筒旋转，进而调节夏季用相变材料和冬季用相变材料在墙体中的位置，确保墙体内表面层相变材料在不同季节均可一直发挥相变潜热蓄热和放热的能力。本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构具有蓄放热密度高、相变率高、热性能佳、操作灵活性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于民用建筑领域，涉及一种相变材料墙体结构，尤其涉及一种相变温度可调的相变材料墙体结构，可应用于民用建筑采暖与空调节能、绿色建筑节能、被动式建筑节能等领域。
背景技术
随着人口的快速增加和室内热舒适性要求的提高，建筑能耗得到了快速的增长，占到全球总能耗的40％，特别是建筑中供暖和制冷能耗已占到68％。因此，国内外学者研发了不同的建筑节能技术以提高建筑能源利用率、减小建筑室内供暖能耗。
相变材料，由于具有较高的蓄热密度，被广泛地应用于建筑墙体，以实现能源的时间转移、提高室内热环境舒适性。目前的常见方法是在墙体内表面、中间或外侧应用相变材料。
相关研究表明，当应用于墙体的相变材料相变温度在室内平均温度附近时，墙体的热性能最佳。由于现有的墙体一个位置只能使用一种相变温度的相变材料，现有的发明中相变材料的相变温度多是根据夏季或冬季其中一个季节的室内平均温度进行选取。然而，由于夏季室内平均温度明显高于冬季，依靠其中一个季节选择一种相变温度的相变材料，会使相变材料在另一个季节无法发挥潜热蓄热和放热的功能。例如，依靠夏季室内平均温度选择相变材料时，冬季室内温度会出现一直低于相变温度的现象，相变材料一直为固体，不存在相变过程；反之，依靠冬季室内平均温度选择相变温度时，夏季室内温度会出现一直高于相变温度的情况，相变材料一直为液体，也未出现相变现象。
现有技术中还存在采用两种定型相变材料板的围护结构，如中国专利申请CN201410825961.6等，通过在建筑外墙结构上分别设置固定设置外定型相变墙板层和内定型相变墙板层，外定型相变墙板层的相变温度高于内定型相变墙板层的相变温度。外定型相变墙板层主要在夏季发挥作用，当外定型相变墙板层基本等于或高于其相变温度时，外定型相变墙板层由固态逐步融化为液态，吸收室外太阳辐射的热量，减少进入室内房间的热量，从而降低室内温度，减少供冷系统的耗能。内定型相变墙板层主要在冬季发挥作用，当内定型相变墙板层温度基本等于或高于其相变温度时，内层定型相变墙板层由固态逐步融化为液态，吸收室内多余的热量。通过采用不同特性的定型相变材料层分设在建筑外墙的内外两侧，建筑供冷还是采暖的负荷均可实现削峰填谷，有效减小室内温度波动，同时显著降低整体的能耗。上述现有技术虽然具有其自身的技术优点，但其不足之处也非常明显，主要表现在具有不同相变温度的内、外定型相变墙板层，二者均固定设置在墙体上，两种相变墙板层发挥相变潜热蓄热和放热作用也主要集中在一个季节，一种相变墙板层发挥作用时，另一种相变墙板层基本不发挥蓄热和放热的功能。
发明内容
针对现有相变材料墙体中所存在的缺点和不足，本发明的目的是提供一种相变温度可调的相变材料墙体结构。相比现有的相变材料墙体，本发明可根据季节调节不同相变温度的相变材料在墙体中的位置，确保墙体内表面层相变材料在不同季节均可一直发挥相变潜热蓄热和放热的能力，且一种相变材料与室内热环境接触发挥相变潜热蓄热和放热的能力时，另一种相变材料位于墙体内部，发挥显热蓄热和放热的能力。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种相变温度可调的相变材料墙体结构，包括墙体以及至少阵列布置在墙体内表面且紧邻布置的若干个相变材料套筒，其特征在于，
所述若干个相变材料套筒横向或竖向平行地布置在所述墙体的内表面上，所述相变材料套筒与驱动单元传动连接，所述驱动单元用以将所述相变材料套筒在不同的室温条件下旋转至相应的相位位置，
所述相变材料套筒沿其长度方向被分为两个不相通的腔体，并分别填充相变温度高的夏季用相变材料和相变温度低的冬季用相变材料；所述夏季用相变材料的相变温度为夏季室内平均温度±10℃；所述冬季用相变材料的相变温度等于冬季室内平均温度±10℃；
夏季时，所述驱动单元驱动所述相变材料套筒旋转，使其填充所述夏季用相变材料的腔体朝向室内热环境，而填充所述冬季用相变材料的腔体位于墙体内部，使得夏季用相变材料与室内热环境接触，发挥相变潜热蓄热和放热的能力，冬季用相变材料发挥显热蓄热和放热的能力；
冬季时，所述驱动单元驱动所述相变材料套筒旋转，使得填充所述冬季用相变材料的腔体朝向室内热环境，而填充夏季用相变材料的腔体位于墙体内部，使得冬季用相变材料发挥相变潜热蓄热和放热的能力；夏季用相变材料发挥显热蓄热和放热的能力。
优选地，所述墙体为外墙体，所述外墙体的内表面布置所述相变材料套筒，所述外墙体的外表面设有保温材料层。
优选地，所述墙体为内墙体，在所述内墙体的外表面也布置有所述相变材料套筒。
优选地，所述相变材料套筒与所述墙体的表面之间的空间设有蓄热保温填充物，所述蓄热保温填充物不阻碍所述相变材料套筒的旋转。
优选地，所述的相变材料套筒可为金属或或非金属材料制成，但不可泄露填充的夏季用相变材料和冬季用相变材料。
优选地，所述的墙体厚度为120～490mm，所述的相变材料套筒直径为1～500mm，其直径依据建造地点的室外气象条件确定。
优选地，所述的相变材料为石蜡、脂肪酸、结晶水无机盐的一种或多种的混合，但不可腐蚀或与所述的相变材料套筒发生反应。
优选地，所述的保温材料厚度为50～200mm，其厚度依据建造地点和建筑设计标准确定。
优选地，所述驱动单元包括旋转轴、旋转齿轮、驱动链条，其中，所述相变材料套筒与所述旋转轴连接；所述旋转轴端部设有所述旋转齿轮和驱动链条；所述旋转齿轮通过所述驱动链条进行旋转，进而带动所述旋转轴和相变材料套筒旋转。
同现有技术相比，本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构具有显著的技术优点：利用相变材料套筒填充分别适合夏季和冬季应用的相变材料，利用驱动单元调节不同季节接触室内热环境的墙体内表面层相变材料，确保相变材料一直可以发挥潜热蓄热和放热的能力。本发明的相变温度可调的相变材料墙体具有蓄放热密度高、相变率高、热性能佳、操作灵活性强等优点。
附图说明
图1为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构的应用示意图；
图2为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例1的横截面图；
图3为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例1的夏季剖面图；
图4为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例1的冬季剖面图；
图5为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例2的横截面图；
图6为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例2的夏季剖面图；
图7为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例2的冬季剖面图；
图8为本发明的相变温度可调的相变材料墙体结构实施例1和实施例2的内表面立面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。
由于建筑墙体可以分为外墙体和内墙体，如图1所示，因此本发明内容可以有两种实施例。
实施例1
图2-4和8为本发明的相变温度可调的相变材料墙体实施例1。本发明墙体为建筑外墙体，包括相变材料套筒1、夏季用相变材料2、冬季用相变材料3、蓄热保温填充物4、墙体5、保温材料6、旋转轴9、旋转齿轮10、旋转链条11。
相变材料套筒1分为两个不相通的腔体，并且分别填充所述夏季用相变材料2和冬季用相变材料3。
相变材料套筒1与旋转轴9连接；旋转轴9外侧设有旋转齿轮10和旋转链条11；旋转齿轮10可通过旋转链条11进行旋转，进而旋转旋转轴9和相变材料套筒1。
多个横向布置的相变材料套筒1位于墙体5的内表面，相变材料套筒1与墙体5内表面之间空间用蓄热保温填充物4填充，保温材料3位于墙体5的外表面。
相变材料套筒1可为金属或非金属材料制成，但不可泄露填充的所述相变材料，直径为1～500mm；夏季用相变材料2和冬季用相变材料3均可为石蜡、脂肪酸、结晶水无机盐的一种或多种的混合，但均不可腐蚀或与相变材料套筒1发生反应；夏季用相变材料2的相变温度为夏季室内平均温度±10℃；冬季用相变材料3的相变温度等于冬季室内平均温度±10℃；蓄热保温填充物4不阻碍相变材料套筒1的旋转；墙体5厚度为120～490mm；保温材料6厚度为50～200mm。
本发明的相变温度可调的相变材料墙体，其工作过程为：
夏季时，调节旋转链条11，带动旋转齿轮10、旋转轴9和相变材料套筒1旋转，使得填充夏季用相变材料2腔体位于墙体内表面层，与室内热环境接触，发挥相变潜热蓄热和放热的能力，冬季用相变材料3腔体位于墙体内部，发挥显热蓄热和放热的能力；
冬季时，调节旋转链条11，带动旋转齿轮10、旋转轴9和相变材料套筒1旋转，使得填充冬季用相变材料3腔体位于墙体内表面层，与室内热环境接触，发挥相变潜热蓄热和放热的能力，夏季用相变材料2腔体位于墙体内部，发挥显热蓄热和放热的能力。
实施例2
图5-8为本发明的相变温度可调的相变材料墙体实施例2。本发明墙体为建筑内墙体，结构与实施例1的区别在于实施例2的两侧均设有相变材料套筒1、夏季用相变材料2、冬季用相变材料3、蓄热保温填充物4、墙体5、旋转轴9、旋转齿轮10、旋转链条11。
夏季或冬季时，需要同时调节旋转链条11，带动旋转齿轮10、旋转轴9和相变材料套筒1旋转，以调节位于墙体内表面层进行潜热蓄热和放热的相变材料。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种相变温度可调的相变材料墙体结构，包括墙体以及至少阵列布置在墙体内表面且紧邻布置的若干个相变材料套筒，其特征在于，
所述若干个相变材料套筒横向或竖向平行地布置在所述墙体的内表面上，所述相变材料套筒与驱动单元传动连接，所述驱动单元用以将所述相变材料套筒在不同的室温条件下旋转至相应的相位位置，
所述相变材料套筒沿其长度方向被分为两个不相通的腔体，并分别填充相变温度高的夏季用相变材料和相变温度低的冬季用相变材料；所述夏季用相变材料的相变温度为夏季室内平均温度±10℃；所述冬季用相变材料的相变温度等于冬季室内平均温度±10℃；
夏季时，所述驱动单元驱动所述相变材料套筒旋转，使其填充所述夏季用相变材料的腔体朝向室内热环境，而填充所述冬季用相变材料的腔体位于墙体内部，使得夏季用相变材料与室内热环境接触，发挥相变潜热蓄热和放热的能力，冬季用相变材料发挥显热蓄热和放热的能力；
冬季时，所述驱动单元驱动所述相变材料套筒旋转，使得填充所述冬季用相变材料的腔体朝向室内热环境，而填充夏季用相变材料的腔体位于墙体内部，使得冬季用相变材料发挥相变潜热蓄热和放热的能力；夏季用相变材料发挥显热蓄热和放热的能力。
2.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述墙体为外墙体，所述外墙体的内表面布置所述相变材料套筒，所述外墙体的外表面设有保温材料层。
3.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述墙体为内墙体，在所述内墙体的外表面也布置有所述相变材料套筒。
4.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述相变材料套筒与所述墙体的表面之间的空间设有蓄热保温填充物，所述蓄热保温填充物不阻碍所述相变材料套筒的旋转。
5.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述相变材料套筒为金属或非金属材料制成，所述夏季用相变材料和冬季用相变材料密封填充在所述相变材料套筒内。
6.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述夏季用相变材料和冬季用相变材料为石蜡、脂肪酸、结晶水无机盐的一种或多种的混合，但不可腐蚀或与所述相变材料套筒不发生反应。
7.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述驱动单元包括旋转轴、旋转齿轮、驱动链条，其中，所述相变材料套筒与所述旋转轴连接；所述旋转轴端部设有所述旋转齿轮和驱动链条；所述旋转齿轮通过所述驱动链条进行旋转，进而带动所述旋转轴和相变材料套筒旋转。
8.根据上述权利要求所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述墙体的厚度为120～490mm，所述相变材料套筒的直径为1～500mm。
9.根据权利要求2所述的相变温度可调的相变材料墙体结构，其特征在于：所述保温材料层的厚度为50～200mm，其厚度依据建造地点和建筑设计标准确定。
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