CN110241938B - 建筑相变储能墙体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明中建筑相变储能墙体结构包括相变储能空心层，所述相变储能空心层内铺设有若干根管道，每根所述管道内封装有相变材料；所述建筑相变储能墙体结构包括换热装置；所述换热装置包括换热管道及换热器，所述换热管道布设于所述相变储能空心层内，且具有相互连通的制冷剂入口端与制冷剂出口端；所述换热器连接于所述制冷剂入口端与所述制冷剂出口端之间。本申请的建筑相变储能墙体结构，通过换热装置与相变材料的配合，保证相变材料在室内环境温度较高时具有源源不断地吸收室内环境中热量的能力，并同时在室内环境温度较低时具有不断向室内释放热量的能力，最终保证室内环境温度的稳定性，提高舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及储能建筑材料技术领域，尤其涉及一种建筑相变储能墙体结构。
背景技术
伴随建筑能耗在全国能耗占比不断增加，我国针对建筑节能制定了一系列节能，法规和强制性条文，使得建筑节能成为国家环境保护和节能减排的主要内容之一。在建筑节能工作不断深入的背景下，越来越多的新型节能技术和材料得到应用。目前的墙体常用材料是砖块，但由于砖块的保温性能较差，建筑墙体的热利用率不高，没有达到预期的节能效果。
相变材料是一种具有在变化物理性质的过程中吸收/释放大量热量的介质，相比普通建筑材料具有更高的热惯性和储热容量，在建筑领域受到广泛关注。若将相变材料和建筑载体基质结合成建筑相变储能墙体材料，则能发挥相变材料优良的能量存储能力。当外界温度上升或下降时，建筑相变储能墙体能够吸收或释放热量，起到保温作用，使建筑内部温度波动较小，始终保持在人体舒适范围内，极大地降低蓄冷空调或制暖设备的电力损耗，实现建筑节能减排以及社会可持续发展的目标。
目前针对建筑相变储能的研究，通常考虑利用相变材料恒温特性实现建筑的被动式控温，控温效果不佳且相变储能材料的热利用率较低。
发明内容
基于此，有必要针对传统建筑相变储能墙体控温效果不佳且相变储能材料的热利用率较低的问题提供一种能够提升建筑墙体热利用率和室内舒适度的建筑相变储能墙体结构。
一种建筑相变储能墙体结构，包括相变储能空心层，所述相变储能空心层内铺设有若干根管道，每根所述管道内封装有相变材料；
其中，所述建筑相变储能墙体结构包括换热装置；所述换热装置包括换热管道及换热器，所述换热管道布设于所述相变储能空心层内，且具有相互连通的制冷剂入口端与制冷剂出口端；所述换热器连接于所述制冷剂入口端与所述制冷剂出口端之间。
在其中一个实施例中，所述建筑相变储能墙体结构上开设有室内风入口及室内风出口，每相邻两根所述管道之间间隙形成循环风道，所述循环风道连通于所述室内风入口与所述室内风出口之间，所述建筑相变储能墙体结构包括所述循环风机；
所述循环风机设置于所述循环风道内，并提供允许室内循环风流通于所述循环风道内流动的驱动力。
在其中一个实施例中，所述相变储能空心层中所述循环风机的最大流速为2m/s-4m/s。
在其中一个实施例中，所述建筑相变储能墙体结构包括外墙层，所述外墙层的材料为水泥砂浆构成的石材板。
在其中一个实施例中，所述建筑相变储能墙体结构包括设置于所述外墙层与所述相变储能空心层之间的防护层，所述防护层的材料为隔热的聚苯乙烯以及数层耐高温网格布构成。
在其中一个实施例中，所述建筑相变储能墙体结构包括内饰层，所述内饰层设置于所述相变储能空心层背防护层的表面，所述内饰层为水泥砖、页岩砖或免烧砖构成。
在其中一个实施例中，所述外墙层与所述防护层之间、所述防护层与所述相变储能空心层之间以及所述相变储能空心层与所述内饰层之间均密封粘合。
在其中一个实施例中，所述相变储能材料为癸酸与月桂酸的比例为0.66：0.34的复合相变材料。
在其中一个实施例中，所述复合相变材料的相变点温度为18摄氏度-24摄氏度。
在其中一个实施例中，所述相变储能空心层的负载基质为改性蛭石，填充有所述复合相变材料的所述管道与所述负载基质结合形成所述相变储能空心层。
本申请的建筑相变储能墙体结构，通过换热装置与相变材料的配合，保证相变材料在室内环境温度较高时具有源源不断地吸收室内环境中热量的能力，并同时在室内环境温度较低时具有不断向室内释放热量的能力，最终保证室内环境温度的稳定性，提高舒适度。
附图说明
图1为本发明一实施例中建筑相变储能墙体结构的结构示意图；
图2为图1所示建筑相变储能墙体结构中相变储能空心层的结构示意图；
图3为图2所示相变储能空心层中复合相变材料的相变点曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
相变储能墙体作为建筑节能的有效手段，其主要为在墙体中添加相变材料，该相变材料可以主动吸收环境中的热量，并当环境温度低于其相变温度时，再将热量释放出来。也就是说，相变储能墙体主要为利用相变材料在不同温度下相变放出或者吸收相变潜热，从而减小建筑物室内温度的波动，提高热舒适性，减小建筑能耗。
正如背景技术所述，现有技术中仅考虑利用相变材料恒温特性实现建筑的被动式控温，但仅通过相变储能墙体中相变材料自身的相变潜热对室内环境温度进行控制，控制方式单一且灵敏度较低，容易导致室内温度不稳定，舒适度不高，且相变材料的潜热利用率较低。
为解决上述问题，本申请提供了一种建筑相变储能墙体结构，能够较佳地解决上述问题。
请参看图1，本申请一实施例中，建筑相变储能墙体结构100包括由外至内依次层叠设置的外墙层10、防护层20、相变储能空心层30以及内饰层40。其中，由建筑相变储能墙体结构100装配形成建筑空间后，建筑相变储能墙体结构100中外墙层10为面向室外的表面，内饰层40为面向室内的表面，防护层20形成于外墙层10与相变储能空心层30之间，且相变储能空心层30形成于防护层20与内饰层40之间。
具体地，外墙层10的材料为水泥砂浆构成的石材板，且外墙层10的厚度为15mm。防护层20的材料为隔热的聚苯乙烯以及数层耐高温网格布构成，且防护层厚度为50mm。
请参看图2及图3，相变储能空心层30内铺设有若干根管道31，每根管道31内封装有相变材料，以通过相变材料在不同温度下相变放出或者吸收相变潜热，从而减小建筑物室内温度的波动，提高热舒适性，减小建筑能耗。
在本具体实施例中，采用改性蛭石为负载基质，将复合相变材料填充在管道31内，管道31与负载基质结合后共同形成相变储能空心层30。更具体地，相变储能空心层厚度为300mm，管道31为直径为20cm的PE管，相变储能材料为癸酸与月桂酸的比例为0.66：0.34的复合相变材料，该复合相变材料的相变点曲线如图3所示，该复合相变材料的相变潜热约为113.245J/g，相变点温度为18-24摄氏度。
请重新参看图1，内饰层40为长方体结构，其厚度为15mm，且水泥砖、页岩砖或免烧砖构成。
请继续参看图2，建筑相变储能墙体结构100包括换热装置(图未示)，换热装置包括换热管道51及换热器(图未示)。换热管道51布设于相变储能空心层30内，且具有相互连通的制冷剂入口端510与制冷剂出口端512。换热器连接于制冷剂入口端510与制冷剂出口端512之间，以通过制冷剂为媒介，实现与各管道31内相变材料进行热交换，以进一步提高相变材料的热利用率。在本具体实施例中，换热装置50为热泵机，可以理解地，在其它一些实施例中，换热装置50亦可为其它换热结构，在此不作限定。
具体地，在室内环境温度较高时(例如夏季)，相变材料自身会吸收室内环境中的热量，以降低室内环境温度；同时，换热装置中流经于换热管道51内制冷剂将与管道31内相变材料进行热交换，即吸收管道31内相变材料的热量，使相变材料始终处于热量吸收不饱和的状态，以具备源源不断地吸收室内环境中热量的能力，并最终将室内的热量转移至室外，保证室内环境的凉爽。
相反地，在室内环境温度较低时(例如冬季)，相变材料释放自身吸收并储存的热量，以升高室内环境温度；同时，换热装置中流经于换热管道51内制冷剂将与管道31内相变材料进行热交换，即管道31内相变材料吸收换热管道51释放的热量，并将获得的热量送入室内，保证室内环境的温暖。
如此，本申请的建筑相变储能墙体结构100，通过换热装置与相变材料的配合，保证相变材料在室内环境温度较高时具有源源不断地吸收室内环境中热量的能力，并同时在室内环境温度较低时具有不断向室内释放热量的能力，最终保证室内环境温度的稳定性，提高舒适度。
请继续参看图2，相变储能空心层30内每相邻两根管道31之间间隙形成循环风道310，建筑相变储能墙体结构100包括循环风机(图未示)，循环风机设置于循环风道310内，并提供允许室内循环风流通于循环风道310内的驱动力。
具体地，建筑相变储能墙体结构100上开设有与循环风道310连通的室内风入口60及室内风出口70，室内循环风在循环风机作用下由室内风入口60进入相变储能空心层30，流经每相邻两根管道31之间的循环风道310后由室内风出口70流出。也就是说，循环风机的设置，有利于加强室内空气和循环风道310内气体的流通，提高相变材料的热交换效率，保证室内环境温度的稳定性及舒适性。在本具体实施例中，循环风机的最大流速为2m/s-4m/s。
进一步地，建筑相变储能墙体结构100还包括风管道(图未示)，风管道布设于相变储能空心层30内，且风管道的入口与风管道的出口分别与室内风入口60与室内风出口70连通，以进一步加强室内空气和相变材料的流通，提高相变材料的热交换效率，保证室内环境温度的稳定性及舒适性。
更进一步地，外墙层10与防护层20之间、防护层20与相变储能空心层30之间以及相变储能空心层30与内饰层40之间均密封粘合。具体地，采用封堵连接板分别密封不同墙体层之间的面板，使得封堵连接板紧贴不同墙体层的两侧，避免了复合相变材料的泄漏，提高相变材料的封装性。
本申请建筑相变储能墙体结构100中，相变材料和建筑载体基质的集合，使得建筑墙体能够有效利用相变材料恒温储能的优点，起到建筑自动调节温度的功能；同时通过换热装置与相变材料的配合，保证相变材料在室内环境温度较高时具有源源不断地吸收室内环境中热量的能力，并同时在室内环境温度较低时具有不断向室内释放热量的能力，克服现有利用相变储能控温稳定性不足的问题；此外还辅助循环风机与风管道的设置，加强室内空气和循环风道310内气体的流通，提高相变材料的热交换效率，进一步保证室内环境温度的稳定性及舒适性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述建筑相变储能墙体结构包括由外至内依次层叠设置的外墙层、防护层、相变储能空心层以及内饰层，所述相变储能空心层内铺设有若干根管道，每根所述管道内封装有相变材料；
其中，所述建筑相变储能墙体结构包括换热装置；所述换热装置包括换热管道及换热器，所述换热管道布设于所述相变储能空心层内，且具有相互连通的制冷剂入口端与制冷剂出口端；所述换热器连接于所述制冷剂入口端与所述制冷剂出口端之间；
所述建筑相变储能墙体结构上开设有室内风入口及室内风出口，每相邻两根所述管道之间间隙形成循环风道，所述循环风道连通于所述室内风入口与所述室内风出口之间；
所述外墙层与所述防护层之间、所述防护层与所述相变储能空心层之间以及所述相变储能空心层与所述内饰层之间均密封粘合。
2.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述建筑相变储能墙体结构包括所述循环风机；
所述循环风机设置于所述循环风道内，并提供允许室内循环风流通于所述循环风道内流动的驱动力。
3.根据权利要求2所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述相变储能空心层中所述循环风机的最大流速为2m/s-4m/s。
4.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述外墙层的材料为水泥砂浆构成的石材板。
5.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所所述防护层的材料为隔热的聚苯乙烯以及数层耐高温网格布构成。
6.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述内饰层为水泥砖、页岩砖或免烧砖构成。
7.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述外墙层与所述防护层之间、所述防护层与所述相变储能空心层之间以及所述相变储能空心层与所述内饰层之间均采用封堵连接板密封粘合。
8.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述相变储能材料为癸酸与月桂酸的比例为0.66：0.34的复合相变材料。
9.根据权利要求8所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述复合相变材料的相变点温度为18摄氏度-24摄氏度。
10.根据权利要求1所述的建筑相变储能墙体结构，其特征在于，所述相变储能空心层的负载基质为改性蛭石，填充有复合相变材料的所述管道与所述负载基质结合形成所述相变储能空心层。
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