CN110068043B - 一种季节型蓄热的功能性供热墙体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种季节型蓄热的功能性供热墙体，包括上定位槽、下定位槽、保温层、蓄能层、毛细管网栅层、隔热层、金属泡沫层、保温水箱和微型计算机等；保温层包括保温片、保温层卷轴、保温层电动装置；蓄能层包括相变蓄热块、带孔砖体；毛细管网栅层包括分水干管、集水干管、毛细管、定位孔架和定位条，分水干管、集水干管与毛细管采用插嵌式连接；分水干管连接进水管与保温水箱相通；集水干管与出水管连接；保温水箱内设温度传感器、电加热器；隔热层包括隔热片、隔热层卷轴、隔热层电动装置；本发明通过保温层‑蓄能层‑毛细管网栅层‑隔热层‑金属泡沫层结构实现夏季蓄热，冬季释热供暖，实现不同工况的自动控制，兼备供暖稳定性、舒适性。
Description
技术领域
本发明属于蓄热节能领域，特别涉及一种季节型蓄热的功能性供热墙体。
背景技术
我国大多数城市四季分明，夏季天气炎热，光照充足，自然热资源丰富，而冬季天气严寒，室内有大量采暖需求。建筑空调耗能尤其是冬季采暖方面是建筑物能耗中的重要组成部分，如何有效降低建筑空调能耗，一种蓄热节能型建筑材料是学者们和工程师们重要的研究课题。
按照蓄热方式，蓄热材料主要可分为显热蓄热材料，相变蓄热材料。显热蓄热材料是利用物质本身温度的变化过程来进行热量的储存，相变蓄热材料是利用物质在相变(如凝固/熔化、凝结/汽化、固化/升华等)过程发生的相变热来进行热量的储存和利用，被广泛应用在建筑材料中，但因其在相变过程中存在容积的巨大变化，使其在工程实际应用中会存在很大困难，而且相变材料直接应用于墙体时，其蓄能/释能过程难以控制，不能使热量向所需区域精准传递，难以实现高效节能的目的。
毛细管网末端系统常安装于房间顶棚、墙面或地面，可对整个房间进行温度的调节，毛细管辐射式空调系统没有室内运动部件，不会产生任何室内噪音，是最为安静的空调系统。由于其换热表面积大，散热温差小，舒适性高，静音，节能等特性，辐射热量均匀而温和，因此特别适合办公与家居环境调控。
具有孔隙结构的金属泡沫由于有较大的比表面积和低密度，传热性能远高于传统散热片，广泛适用于各种散热设备中。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种季节型蓄热的功能性供热墙体，该墙体结合相变蓄能材料、金属泡沫、低导热系数的陶瓷纤维纸和毛细管网，组成了墙体的保温层-蓄能层-毛细管网栅层-隔热层-金属泡沫层五层结构，应用于建筑外墙中，考虑实现夏季存蓄室外热量，冬季释热向室内供暖，达到高效利用自然界热量，减少供暖能耗的目标，在使用过程中还结合保温层和隔热层的低导热系数特性来使热量精准单向传递，减少热量损失，并考虑结合毛细管网及金属泡沫提高供暖舒适性。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种季节型蓄热的功能性供热墙体，包括分别设置在墙体顶端和底端的上定位槽和下定位槽，在上定位槽和下定位槽之间的墙体从室外侧至室内侧依次设置的保温层、蓄能层、毛细管网栅层、隔热层和金属泡沫层，以及在墙体室内侧附设的一个保温水箱和一个微型计算机；其中，
保温层包括保温片、保温层卷轴和保温层电动装置，保温片卷于保温层卷轴上，保温层卷轴和保温层电动装置插嵌固定于上定位槽内，通过保温层电动装置驱动保温层卷轴转动；
毛细管网栅层包括分水干管、集水干管和若干毛细管，分水干管和集水干管分别插嵌固定于上定位槽和下定位槽内，若干毛细管在竖直方向上均匀设置，两端分别与分水干管和集水干管连通，分水干管通过进水管以及设置在进水管上的给水泵与保温水箱连接相通，集水干管通过出水管与保温水箱连接相通；
隔热层包括隔热片、隔热层卷轴和隔热层电动装置，隔热片卷于隔热层卷轴上，隔热层卷轴和隔热层电动装置插嵌固定于上定位槽内，通过隔热层电动装置驱动隔热层卷轴)转动；
保温水箱内设置有温度传感器和电加热器；
微型计算机通过连接电缆分别与温度传感器、电加热器、保温层电动装置和隔热层电动装置连接，进行信号传输。
本发明进一步的改进在于，蓄能层包括若干相变蓄热块和若干带孔砖体，若干相变蓄热块封于对应的钢制胶囊中，钢制胶囊均匀镶嵌于由若干带孔砖体构成的多孔砖墙中。
本发明进一步的改进在于，毛细管网栅层还包括定位孔架和定位条，毛细管网栅层的若干毛细管插于定位孔架来间隔固定，定位条设置于毛细管网栅层二分之一处，用于对毛细管网栅层进行加固。
本发明进一步的改进在于，保温片和隔热片均采用导热系数λ<0.20W/(m·K)，且折叠性、延展性良好的陶瓷纤维纸。
本发明进一步的改进在于，毛细管采用三型聚丙烯管或耐热聚乙烯管，外径为4.0mm，壁厚为0.9mm；若干毛细管并联组成毛细管网栅层，相邻两个毛细管之间间隔为10mm-30mm，以热水为热媒输送能量。
本发明进一步的改进在于，相变蓄热块由相变蓄热材料制成，封于钢制胶囊体，相变蓄热材料包括六水氯化钙、三水醋酸钠和有机醇。
本发明进一步的改进在于，金属泡沫层使用任意金属加工成型。
本发明进一步的改进在于，保温片在保温层电动装置的控制下以保温层卷轴为中心转动，保温片上下滑动实现保温层的启闭。
本发明进一步的改进在于，隔热片在隔热层电动装置的控制下以隔热层卷轴为中心转动，隔热片上下滑动实现隔热层的启闭。
本发明进一步的改进在于，微型计算机通过蓄热/释热模式的转换设置，实现对保温层电动装置和隔热层电动装置的控制，即对保温层、隔热层的启闭控制，微型计算机通过接收分析保温水箱内的温度传感器的实时温度信号及预先设定供暖水温信号，实现对电加热器的启停控制。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，将相变蓄能材料、有较大的比表面积传热性能突出的金属泡沫材料、低导热系数的保温片、隔热片和换热均匀的毛细管网结合，组成了墙体从室外侧至室内侧的保温层-蓄能层-毛细管网栅层-隔热层-金属泡沫层五层结构，应用于建筑外墙中，基于夏季天气炎热，自然热资源丰富，冬季天气严寒的气候特点，蓄能层相变蓄能材料通过相变过程实现夏季存蓄室外热量，冬季释热向室内供暖，达到高效利用自然界热量，减少供暖能耗的节能目标；保温层和隔热层具有低导热系数，通过保温层及隔热层卷闸式结构控制启闭来实现控制在蓄热/释热过程中热量的单向传递，夏季可阻隔室外大部分热量向室内的传递，减少夏季建筑空调能耗；金属泡沫具有优良的传热性能，加快供暖时热量向室内侧的单向传递速率，减少向室外侧的热量损失；毛细管网均温辐射的采暖方式能满足舒适性的要求。
进一步，微型计算机通过蓄热/释热模式的转换设置，实现对保温层电动装置、隔热层电动装置的控制，即保温层、隔热层的启闭控制，微型计算机通过接收分析保温水箱内的温度传感器的实时温度信号及预先设定供暖水温信号，实现对电加热器的启停控制，实现了墙体不同工况的自动控制，保障了室内的供暖需求。
综上所述，本发明提供的一种季节型蓄热的功能性供热墙体通过保温层-蓄能层-毛细管网栅层-隔热层-金属泡沫层的结构实现夏季存蓄室外热量，冬季释热向室内供暖，达到高效利用自然界热量，减少供暖能耗及热量损失的目标，相比于传统功能性墙体达到节能目标外，还实现不同工况的自动控制，增设电加热器和毛细管网均温辐射式供暖使该墙体兼备供暖稳定性、舒适性。
附图说明
图1为本发明一种季节型蓄热的功能性供热墙体的结构示意图
图2为一种季节型蓄热的功能性供热墙体蓄热模式下的左视图。
图3为一种季节型蓄热的功能性供热墙体的蓄能层结构示意图。
图4为一种季节型蓄热的功能性供热墙体的毛细管网栅层结构示意图。
附图标记说明：
1-上定位槽；2-下定位槽；3-保温层；31-保温片；32-保温层卷轴；33-保温层电动装置；4-蓄能层；41-相变蓄热块；42-带孔砖体；5-毛细管网栅层；51-分水干管；52-集水干管；53-毛细管；54-定位孔架；55-定位条；6-隔热层；61-隔热片；62-隔热层卷轴；63-隔热层电动装置；7-金属泡沫层；8-保温水箱；81-温度传感器；82-电加热器；9-微型计算机；10-连接电缆；11-进水管；12-给水泵；13-出水管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，包括分别设置在墙体顶端和底端的上定位槽1和下定位槽2，在上定位槽1和下定位槽2之间的墙体从室外侧至室内侧依次设置的保温层3、蓄能层4、毛细管网栅层5、隔热层6和金属泡沫层7，在墙体室内侧附设的一个保温水箱8和一个微型计算机9，以及若干连接电缆10用于传输信号，上定位槽1和下定位槽2采用不锈钢材质，分别设有五个槽格，与墙体的五层结构对应插嵌。
如图2所示，金属泡沫层7利用使用任意金属(例如铝、铜等)加工成型而成，金属泡沫层7的顶端和底端分别焊接插嵌固定于上定位槽1和下定位槽2内与金属泡沫层7对应的槽格中；微型计算机9安装于保温水箱8顶部，通过连接电缆10与保温水箱8内的温度传感器81、电加热器82、保温层电动装置33和隔热层电动装置63连接，进行信号传输，微型计算机9通过蓄热/释热模式的转换设置，实现对保温层电动装置33和隔热层电动装置63的控制，即保温层3和隔热层6的启闭控制，微型计算机9通过接收分析保温水箱8内的温度传感器81的实时温度信号及预先设定供暖水温信号，实现对电加热器82的启停控制。
保温层3包括保温片31、保温层卷轴32和保温层电动装置33，保温片31为导热系数λ<0.20W/(m·K)，折叠性、延展性良好的陶瓷纤维纸，卷于保温层卷轴32上，保温层卷轴32和保温层电动装置33通过螺栓插嵌固定于上定位槽1内与保温层3对应的槽格中，保温层电动装置33与保温层卷轴32通过连接电缆10连接，传输控制信号，保温片31在保温层电动装置33的控制下以保温层卷轴32为中心转动，保温片31上下滑动实现保温层3的启闭。
如图3所示，蓄能层4包括若干相变蓄热块41和若干带孔砖体42，若干相变蓄热块41由相变蓄热材料(如：六水氯化钙、三水醋酸钠或有机醇等)构成，封于钢制胶囊中，将其镶嵌布于由若干带孔砖体42构成的多孔砖墙中，多孔砖墙顶端和底端分别粘结插嵌固定于上定位槽1和下定位槽2内与蓄能层4对应的槽格中。
如图4所示，毛细管网栅层5包括分水干管51、集水干管52、若干毛细管53、定位孔架54和定位条55，分水干管51和集水干管52分别插嵌固定于上定位槽1和下定位槽2内与毛细管网栅层5对应的槽格中，均设预留插孔；分水干管51和集水干管52与若干毛细管53采用插嵌式连接，若干毛细管53是PP-R(三型聚丙烯管)、PE-RT(耐热聚乙烯管)等可热塑性塑料管，通过热熔而成型，外径为4.0mm，壁厚为0.9mm；毛细管53并联组成毛细管网栅层5，相邻两个毛细管53之间间隔为10mm-30mm，以水为热媒输送能量，供热时为水温设定为30℃的低温热水，若干毛细管53两端插入分水干管51和集水干管52的预留插孔中，并用弹性密封圈密封；分水干管51通过连接进水管11与保温水箱8连接相通，在进水管11与保温水箱8的连接管路上设置给水泵12；集水干管52与出水管13连接；保温水箱8内设一个温度传感器81；保温水箱8内设一个电加热器82。
与保温层3结构类似，隔热层6包括隔热片61、隔热层卷轴62和隔热层电动装置63，隔热片61为导热系数λ<0.20W/(m·K)，折叠性、延展性良好的陶瓷纤维纸，卷于隔热层卷轴62上，隔热层卷轴62和隔热层电动装置63通过螺栓插嵌固定于上定位槽1内与隔热层6对应的槽格中，隔热层电动装置63与隔热层卷轴62通过连接电缆10连接，传输控制信号，隔热片61在隔热层电动装置63的控制下以隔热层卷轴62为中心转动，隔热片61上下滑动实现隔热层6的启闭。
为了本发明进一步的了解，现对季节型蓄热的功能性供热墙体的使用过程说明如下：
如图1所示，夏季，该季节型蓄热的功能性供热墙体中微型计算机9为蓄热模式，通过连接电缆10向保温层电动装置33和隔热层电动装置63传输信号，在保温层电动装置33的驱动下，保温层卷轴32向上转动，使保温片31转动，卷于保温层卷轴32上，保温层3开启；在隔热层电动装置63的驱动下，隔热层卷轴62向下转动，使隔热片61转动展开，隔热层6关闭；电加热器82保持关闭。夏季室外侧温度高于室内侧，相变蓄热材料融化进行相变蓄热，同时毛细管网栅层5内工质水水温即保温水箱8水温升高，进行显热蓄热，保温层3开启可使热量充分与相变蓄热材料进行热交换，隔热层6关闭可在墙体蓄热过程中同时阻隔夏季室外大部分热量向室内的传递，减少该建筑室内空调能耗。
冬季，该季节型蓄热的功能性供热墙体中微型计算机9为释热模式，通过连接电缆10向保温层电动装置33和隔热层电动装置63传输信号，在保温层电动装置33的驱动下，保温层卷轴32向下转动，使保温片31转动展开，保温层3关闭；在隔热层电动装置63的驱动下，隔热层卷轴62向上转动，使隔热片61转动，卷于隔热层卷轴62上，隔热层6开启。室外侧温度低于室内侧，相变蓄热材料凝固进行相变释热，同时毛细管网栅层5内工质水水温即保温水箱8水温升高，在给水泵12驱动下，通过进水管11毛细管网栅层5中注入30℃的低温热水，低温热水流入分水干管51通路，随之流入若干毛细管53中，在实现辐射散热后，水汇入集水干管52通路，从出水管13排出。隔热层6开启，具有孔隙结构的金属泡沫层7由于有较大的比表面积和低密度，传热性能优良，加快供暖时热量向室内侧的单向传递速度，单向供暖使使热量的有效利用率更高，即热量所达处即所需处，减少向室外侧的热量流失；保温层3关闭，可在墙体释热过程中阻隔冬季室内热量向室外传递，减少热量损失，降低该建筑采暖能耗。微型计算机9通过接收分析保温水箱8内的温度传感器81的实时温度信号及预先设定供暖水温信号，当保温水箱8水温即毛细管网栅层5内工质水水温等于预先设定供暖水温，电加热器82关闭，当保温水箱8水温即毛细管网栅层5内工质水水温低于预先设定供暖水温，电加热器82开启，当相变蓄热材料相变释热而无法满足供暖要求，电加热器82起辅助加热作用，保障向室内稳定供暖，满足供暖需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，包括分别设置在墙体顶端和底端的上定位槽(1)和下定位槽(2)，在上定位槽(1)和下定位槽(2)之间的墙体从室外侧至室内侧依次设置的保温层(3)、蓄能层(4)、毛细管网栅层(5)、隔热层(6)和金属泡沫层(7)，以及在墙体室内侧附设的一个保温水箱(8)和一个微型计算机(9)；其中，
保温层(3)包括保温片(31)、保温层卷轴(32)和保温层电动装置(33)，保温片(31)卷于保温层卷轴(32)上，保温层卷轴(32)和保温层电动装置(33)插嵌固定于上定位槽(1)内，通过保温层电动装置(33)驱动保温层卷轴(32)转动；
毛细管网栅层(5)包括分水干管(51)、集水干管(52)和若干毛细管(53)，分水干管(51)和集水干管(52)分别插嵌固定于上定位槽(1)和下定位槽(2)内，若干毛细管(53)在竖直方向上均匀设置，两端分别与分水干管(51)和集水干管(52)连通，分水干管(51)通过进水管(11)以及设置在进水管(11)上的给水泵(12)与保温水箱(8)连接相通，集水干管(52)通过出水管(13)与保温水箱(8)连接相通；
隔热层(6)包括隔热片(61)、隔热层卷轴(62)和隔热层电动装置(63)，隔热片(61)卷于隔热层卷轴(62)上，隔热层卷轴(62)和隔热层电动装置(63)插嵌固定于上定位槽(1)内，通过隔热层电动装置(63)驱动隔热层卷轴(62)转动；
保温水箱(8)内设置有温度传感器(81)和电加热器(82)；
微型计算机(9)通过连接电缆(10)分别与温度传感器(81)、电加热器(82)、保温层电动装置(33)和隔热层电动装置(63)连接，进行信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，蓄能层(4)包括若干相变蓄热块(41)和若干带孔砖体(42)，若干相变蓄热块(41)封于对应的钢制胶囊中，钢制胶囊均匀镶嵌于由若干带孔砖体(42)构成的多孔砖墙中。
3.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，毛细管网栅层(5)还包括定位孔架(54)和定位条(55)，毛细管网栅层(5)的若干毛细管(53)插于定位孔架(54)来间隔固定，定位条(55)设置于毛细管网栅层(5)二分之一处，用于对毛细管网栅层(5)进行加固。
4.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，保温片(31)和隔热片(61)均采用导热系数λ<0.20W/(m·K)，且折叠性、延展性良好的陶瓷纤维纸。
5.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，毛细管(53)采用三型聚丙烯管或耐热聚乙烯管，外径为4.0mm，壁厚为0.9mm；若干毛细管(53)并联组成毛细管网栅层(5)，相邻两个毛细管(53)之间间隔为10mm-30mm，以热水为热媒输送能量。
6.根据权利要求2所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，相变蓄热块(41)由相变蓄热材料制成，封于钢制胶囊体，相变蓄热材料包括六水氯化钙、三水醋酸钠和有机醇。
7.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，金属泡沫层(7)使用任意金属加工成型。
8.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，保温片(31)在保温层电动装置(33)的控制下以保温层卷轴(32)为中心转动，保温片(31)上下滑动实现保温层(3)的启闭。
9.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，隔热片(61)在隔热层电动装置(63)的控制下以隔热层卷轴(62)为中心转动，隔热片(61)上下滑动实现隔热层(6)的启闭。
10.根据权利要求1所述的一种季节型蓄热的功能性供热墙体，其特征在于，微型计算机(9)通过蓄热/释热模式的转换设置，实现对保温层电动装置(33)和隔热层电动装置(63)的控制，即对保温层(3)、隔热层(6)的启闭控制，微型计算机(9)通过接收分析保温水箱(8)内的温度传感器(81)的实时温度信号及预先设定供暖水温信号，实现对电加热器(82)的启停控制。
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