CN112032813A - 一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 - Google Patents
一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112032813A CN112032813A CN202010847582.2A CN202010847582A CN112032813A CN 112032813 A CN112032813 A CN 112032813A CN 202010847582 A CN202010847582 A CN 202010847582A CN 112032813 A CN112032813 A CN 112032813A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- heat pipe
- wall body
- phase
- heavy wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 44
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 13
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 2
- -1 phenolic aldehyde Chemical class 0.000 claims 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 33
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 33
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 20
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 20
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 23
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
- F24D15/02—Other domestic- or space-heating systems consisting of self-contained heating units, e.g. storage heaters
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Building Environments (AREA)
Abstract
本发明给出了一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,包括重质墙体,重质墙体外侧安装有上下两端可开闭的透光板;透光板与重质墙体之间的空间为空气通道;还包括安装在重质墙体上的相变导热组件,相变导热组件包括热管和填充在热管内的相变导热工质;热管安装在重质墙体上且两端延伸超出重质墙体,热管两端延伸超出重质墙体的部分反向延伸。本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙热管和太阳能蓄热墙结合,通过转动嵌在保温材料块上的旋转把手,实现热管蒸发段和冷凝段的对调,调整热量的传输方向,使得对温度的调控更加灵活;墙体结构简单,安装方便,仅通过少量操作即可完成房间内外温度调控。部件结构简单,易于更新维护。
Description
技术领域
本发明属于建筑节能技术领域,涉及建筑结构调节室内环境温度,具体涉及一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙。
背景技术
建筑能耗占到社会总能耗的30%以上,是社会能耗的重要组成部分。随着人民生活水平的提高,建筑能耗所占比例会进一步增加,建筑节能已成为我国建设低碳经济、完成节能减排目标、保持经济可持续发展的重要环节之一。被动式太阳能建筑技术是高效建筑节能技术之一,利用被动构件进行供暖降温是当下研究的重点,其中太阳能蓄热墙作为新型的被动构件具有结构简单、效率高、低运行成本的优点,其原理是冬季受到太阳辐射升温,室内空气通过内循环在夹层内不断换热并被送入室内,使得室内的环境温度得到提升;夏季通过对流将室内的热空气排到室外进行降温。其不仅能直接利用太阳能进行加热,还能安装在建筑外表面减小建筑热负荷。因此,太阳能蓄热墙在建筑节能中具有良好的发展潜力。
太阳能蓄热墙被大量研究者和工程师进行优化,包括通过改变蓄热墙的结构、送风模式、增加辅助热源等方式增加太阳能利用率。由于作为介质的空气具有密度小和有效作用时间短的特点从而难以进行热量的蓄取,太阳辐射强度又存在较大的时间差异、季节差异和气候差异,进而太阳能蓄热墙对热环境调节效果不稳定,容易使室内温度产生较大的波动,使人感到忽冷忽热影响人的健康;此外,集热蓄热墙多以冬季工况进行时设计,所以在夏季即使有排气装置也容易造成室内过热,冬季、夏季难以兼顾。综上所述,如何借助较为简便的主动手段对太阳能蓄热墙进行适当改造,使其能更加灵活的运用太阳能资源,是太阳能热利用与建筑节能领域研究人员共同关注的焦点问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,提供一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,以解决现有技术中的集热式蓄热墙季节适用性差,室内温度调节能力差的问题。
为了解决上述技术问题,本申请采用如下技术方案予以实现:
一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,包括重质墙体,所述的重质墙体外侧安装有上下两端可开闭的透光板;
所述的透光板与重质墙体之间的空间为空气通道;
还包括安装在所述的重质墙体上的相变导热组件,所述的相变导热组件包括热管和填充在所述的热管内的相变导热工质;
所述的热管安装在所述的重质墙体上且两端延伸超出重质墙体,所述的热管两端延伸超出重质墙体的部分反向延伸。
本发明还具有如下技术特征:
具体的,所述的重质墙体外侧安装有窗框,所述的透光板通过所述的窗框安装在所述的重质墙体上;
所述的透光板包括安装在窗框上的第一玻璃盖板;
所述的第一玻璃盖板上下两端还安装有可开闭的第二玻璃盖板,所述的第二玻璃盖板安装在所述的窗框上。
具体的,所述的相变导热组件还包括安装在所述的重质墙体上的转动轴承,所述的转动轴承内安装有保温材料块,所述的保温材料块上安装有旋转把手;
所述的热管至少安装1个在所述的保温材料块上;
所述的转动轴承外环安装在所述的重质墙体上,所述的保温材料块安装在所述的转动轴承的内环内。
具体的,所述的保温材料块完全填充所述的转动轴承内环,保温材料块的材质为发泡聚氨酯、聚苯乙烯、酚醛板、石墨聚苯板中的一种或多种的组合。
具体的,所述的相变导热工质为水、乙醇、丙酮、R134a、R141b中的一种。
具体的,所述的相变导热组件在所述的重质墙体上安装至少2组,每组相变导热组件内的热管安装至少1个。
具体的,至少1组所述的相变导热组件上的所有热管内的相变导热工质相对于其他至少1组所述的相变导热组件上的所有热管内的相变导热工质具有更低的相变温度。
本发明与现有技术相比,有益的技术效果是:
(Ⅰ)本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的热管和太阳能蓄热墙结合,相对于传统蓄热墙通风的方式,热量传输更加稳定和高效,确保太阳能的收集和利用;
(Ⅱ)本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙具有旋转装置,相对于现有蓄热墙体的温度调节控制更加灵活,同时减少热管热量的流失。通过将热管与保温材料块的结合,大量减少热管内腔工质的热量损失,同时可以手动转动嵌在保温材料块上的旋转把手,实现热管蒸发段和冷凝段的对调,调整热量的传输方向,使得对温度的调控更加灵活;
(Ⅲ)本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙墙体结构简单,安装方便,仅通过少量操作即可完成房间内外温度调控。部件结构简单,易于更新维护。
附图说明
图1为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙整体结构示意图;
图2为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙整体室内一侧结构示意图;
图3为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙整体室外一侧结构示意图;
图4为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙整体剖面结构示意图;
图5为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙夏季运行模式示意图
图6为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙冬季运行模式示意图
图7为本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙保温材料块部分整体结构示意图;
图中各个标号的含义为:1-重质墙体、2-透光板、3-相变导热组件、4-空气通道;
21-窗框、22-第一玻璃盖板、23-第二玻璃盖板;
31-热管;32-转动轴承、33-保温材料块、34-旋转把手。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案,以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例:
本实施例给出一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,如图1至图7所示,包括重质墙体1,重质墙体1外侧安装有上下两端可开闭的透光板2;
透光板2与重质墙体1之间的空间为空气通道4;
重质墙体1上还安装有相变导热组件3,相变导热组件3包括安装在重质墙体1上的热管31和填充在热管31内的相变导热工质;
热管31的两端延伸超出重质墙体1且两端延伸超出重质墙体1的部分反向延伸。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,重质墙体1外侧安装有窗框21,透光板2通过窗框21安装在重质墙体1上;
透光板2包括安装在窗框21上的第一玻璃盖板22;
第一玻璃盖板22上下两端还安装有可开闭的第二玻璃盖板23,第二玻璃盖板23安装在窗框21上。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,本实施例的相变导热组件3还包括安装在重质墙体1上的转动轴承32,转动轴承32内安装有保温材料块33,保温材料块33上安装有旋转把手34;
热管31安装5个在保温材料块33上;
转动轴承32外环安装在重质墙体1上,保温材料块33安装在转动轴承32的内环内。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,本实施例的保温材料块33完全填充转动轴承32内环,保温材料块33的材质为聚苯乙烯。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,本实施例的相变导热工质为水。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,本实施例的相变导热组件3在重质墙体1上安装2组,每组相变导热组件3内的热管31安装5个。
作为本实施例的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的一种具体方案,本实施例的1组相变导热组件3的5个热管31内水的饱和蒸气压力为0.02×105pa,对应的相变温度为18℃;另1组相变导热组件3的5个热管31内水的饱和蒸气压力为0.04×105pa,对应的相变温度为29℃。
以下内容作为对本发明实施例进行进一步说明,但并不应当理解为对本发明实施例的限定:
如图1~3所示,本发明实施例的窗框21通过膨胀螺丝安装在重质墙体1上,窗框21的安装槽内安装第一玻璃盖板22,第一玻璃盖板22上下两端安装可以转动打开或关闭的第二玻璃盖板23。重质墙体1上预留2组凹槽,凹槽内填充保温材料块33,2组相变蓄热组件3通过转动轴承32安装在保温材料块33上。热管31的一部分内嵌于保温材料块33内,两侧分别称为蒸发段和冷凝段,方向朝上的一端为冷凝段,方向朝下的一端为蒸发段,通过利用转动轴承32旋转保温材料块33,蒸发段和冷凝段可以互换。旋转把手34的一部分内嵌于保温材料块33,用于带动保温材料块33旋转,实现热管31的冷凝段和蒸发段互换,原来的冷凝段变为蒸发段,原来的蒸发段变为冷凝段。
如图4所示,本发明实施例的热管31内的相变工质在蒸发段吸热气化,通过热管31内过渡至冷凝段冷凝释放热量,第一玻璃盖板22和重质墙体1之间存在一定距离,形成空气通道4,第一玻璃盖板22上下两端安装的第二玻璃盖板23可开启。
如图5所示为本发明实施例在夏季时候的运行模式示意图。调整旋转把手34,使得热管31的室外一端朝上,室内一端朝下。夏季白天,太阳辐射较强的时候,室外温度高于室内温度,将打开第二玻璃盖板23,使空气通道4与外界联通,成为一个加热内腔,其内的空气经过加热从上侧流出,新的空气从下侧进入,从而不断的带走空气通道4内和重质墙体1外表面的热量。夏季晚上,室内温度比室外温度高,保持上述热管31位置不变,第二玻璃盖板23打开状态不变,热管31的蒸发段相变导热工质吸收室内热量后发生气化,通过热管31到达室外的冷凝段,冷凝段的相变导热工质释放热量加热空气通道4内的空气,使得空气上升从上侧开口流出,不断带走空气通道4、重质墙体1表面和热管31冷凝段的热量。热管31冷凝段的相变导热工质释放热量后温度下降,在重力的作用下回到室内蒸发段,重复上述循环,不断的从室内稳定带走热量,达到调节室内温度的目的。
如图6所示为本发明实施例在冬季时候的运行模式示意图。白天室外太阳辐射较强的时候,室外温度低于室内温度,将关闭第二玻璃盖板23,使空气通道4与外界隔绝,防止热量流失。通过转动旋转把手34带动保温材料块33旋转,使得热管31的室外一侧向下,室内的一侧朝上。室外蒸发段内的相变导热工质吸收空气通道4内的热量发生汽化,通过热管31到达室内侧的放热段放热。当温度降低后冷凝段的相变导热工质变回液态,在重力的作用下,通过热管31回到室外。如此循环,从而不断的将室外侧的热量稳定带到室内,达到调整室内温度的作用。冬季晚上,保持第二玻璃盖板23关闭,热管31室外一侧向下的条件不变,室外温度低于室内,相变导热工质在室外的蒸发段无法启动,避免通过热管将热量带到室外一侧,造成热量流失。
本发明实施例的工作原理为热管31内装有相变导热工质,当蒸发段所处的环境温度高于相变导热工质的相变温度时,相变导热工质吸收热量发生气化,密度减小,通过热管31上升到热管的冷凝段,向冷凝段所处的环境释放热量后,重新变为液态,在重力的作用下返回蒸发段继续吸收热量。由于热管31嵌在保温材料块33之内,保温材料块33具有良好的隔热性能,所以在热管31内的相变导热工质损失的热量很少。采用本发明的结构可以调换热管31的蒸发段和冷凝段,改变热量的传递方向,实现对室内温度的调控。
进一步的,针对本发明实施例需要说明的是:
(1)夏季白天室外温度高、太阳辐射强,打开第二玻璃盖板23,使得空气通道4与室外环境联通,空气通道4内的空气受到太阳辐射的加热,从空气通道4上侧的开口流出,从而带走空气通道4和重质墙体1外表面的热量。同时旋转保温材料块33,使得在室外一侧的热管31方向朝上,室内的一侧热管31方向朝下,防止室外热量通过热管31进入室内;
(2)在夏季的晚上,保持上述的条件不变,室内温度高于室外,热管31蒸发段的相变导热工质吸收室内的热量,发生气化后通过热管31上升到冷凝段,热管31冷凝段向空气通道4内的空气释放热量,空气从上侧的开口流出,带走冷凝段相变导热工质的热量,冷凝段的相变导热工质温度下降后在重力的作用下返回室内,继续吸收热量,从而在晚上从室内不断的带走热量。这一反复过程由填充了具有较高相变温度的相变导热工质的相变导热组件3的热管31完成,由于填充了具有较低相变温度的相变导热工质的相变导热组件3的热管31内的相变导热工质相变温度过低,吸收热量后相变导热工质会滞留在室外一侧,无法反复带走热量。
(3)冬季白天,室外温度比室内低,有一定的太阳辐射,关闭第二玻璃盖板23,封闭空气通道4。通过旋转把手34转动保温材料块33,使得保温材料块33室外一侧的热管31方向朝下,室内一侧的热管31方向朝上。完成冷凝段和蒸发段的对调。室外热管31蒸发段内的相变导热工质吸收空气通道4内的热量后发生气化,通过热管31后到达室内热管31冷凝段的一端,将热量释放到室内,冷凝段的相变导热工质温度下降后在重力的作用下返回室外,继续吸收热量,从而在保证蓄热墙的作用不改变的情况下不断的将热量传到室内。这一过程由填充了具有较低相变温度的相变导热工质的相变导热组件3的热管31完成,由于填充了具有较高相变温度的相变导热工质的相变导热组件3的热管31内的相变导热工质相变温度过高,相变导热工质无法到达相变温度,无法启动,一直处于室外一侧。
(4)冬季晚上,保持上述(3)的条件不变,使得热量无法通过热管31传向室外,以保证室内温度流失减少。
以下针对本发明的实施例进行进一步的计算说明:
假设西安市夏季晚上室外平均温度为26℃,假设冬季白天室内温度为10℃的情况下,计算热管部分传热功率。
本实例中的热源温度在10~60℃,按照使用的温度来进行划分种类的原则,在此选用的热管31为常温热管。考虑到价格和安全问题,我们选用蒸馏水来作为热管31的相变导热工质。由于塑料在长期使用后寿命下降较快,碳钢会与水发生反应,产生不凝结气体,蒸馏水与不锈钢相容性良好,所以我们选用304不锈钢作为热管31的管材。采用本发明实施例的结构,设置1组热管31相变导热工质相变温度为29℃。设置另1组热管31相变导热工质相变温度为18℃。热管31内的蒸馏水的相变温度通过调节热管31内的真空度来改变。
查询饱和蒸汽温度与压力对照表,水在压力为0.02×105pa时的饱和温度为18℃,压力为0.04×105pa时,饱和温度为29℃。热管31的内径选用为20mm,蒸发段和冷凝段长度相同为0.6m。
热管31是一种高效的热量传输原件,在此我们忽略热管31自身的储热量。所以计算冷凝段的传热量即为从热源带走的热量。
为了将复杂的实际情况用理论公式求出结果,对一部分情况做出了近似的假设:
(1)蒸汽和液膜都处于一维稳态流动
(2)视蒸汽为不可压缩流体
(3)不考虑蒸汽和液态工质交界面上的温差
(4)视温度在液膜内线性分布
(5)认为在蒸发段的上升气流没有裹带液态工质
(6)由于采用的热管31壁面导热系数很高,我们认为热管31外壁温度为水蒸汽饱和温度。
(7)在热管31传热稳定后,由于相变导热工质液化和气化同时进行,所以认为热管外壁温度不变,为稳定热源。气化的相变导热工质始终充斥满冷凝段:
参考热管技术书:《热管设计与应用》(李亭寒、华诚生所著,北京:化学工业出版社.1987:22-23)得到冷凝段的平均换热系数公式为:
其中:
ρ1——液态工质密度,kg/m3
g——重力加速度,m/s2
λ1——液膜导热系数,W/(m·K)
ρv——蒸汽密度,kg/m3
hfg——水在相应压力下的气化潜热,KJ/(kg·K)
Cp1——水的比热容,KJ/(kg·K)
Tsat——饱和蒸汽温度,K
Tw——冷凝段的环境温度,K
μ1——水蒸汽动力粘度,Pa·s
lc——冷凝段长度,m
对冷凝段的传热量进行简化,可以得到:
Q=πD(Tsat-Tw)havlc
其中:
D——热管31的直径
由于热管31在对应压力下,管壁很薄,可以忽略不计。
通过上述两式可计算得出夏季晚上冷凝段单根热管31的每秒传热量为:Q=1443W,则所有高温相变导热组件3的5根热管在换热稳定后,每秒传热量为1443×5=7215W。
同理,通过上述两式可计算得出冬季晚上冷凝段单根热管31的每秒传热量为:Q=3536W,则所有低温相变导热组件3的5根热管在换热稳定后,每秒传热量为3536×5=17680W
对比例:
保持其他条件不变,在此给出一个普通蓄热墙。与上述带有相变导热组件3不同之处在于,案例中相变导热组件变为重质墙体的一部分,在重质墙体的上方,开有200mm×200mm通风孔2个,下方也有相同大小的通风口2个。建筑宽3.3m,高2.9m,墙体的厚度为240mm,空气通道厚度为100mm,墙体为普通黏土砖墙,导热系数为0.8(J/m·s·k)。蓄热墙的运行默认白天开启通风口,晚上关闭通风口。
在计算之前先进行假设。
夏天的传热量为从蓄热墙内表面导热传到外表面的热量,蓄热墙外表面温度与室外温度相同,蓄热墙内表面温度与室内温度相同。
冬天的传热量除了蓄热墙导热部分,还有通过风口循环进室内的热量。为了保持温度差相等,假设空气夹层平均温度为18℃。上通风口的出口温度与空气夹层平均温度相同,下通风口的进口温度与室内温度相同。
首先计算夏季晚上的传热量:
基于傅里叶定律,由于墙体的长和宽比墙体厚度大得多,所以此时认为是一维导热。公式如下:
其中:
Δt——两侧的温度差,K
δ——墙体的厚度,m
λ——墙体导热系数,(J/m·s·k)
A——相变导热组件3占据的墙体面积,㎡
然后计算冬季白天的传热量:
除去与夏天晚上传热的方向不同,墙体导热的公式与上述一样。冬季的白天还有通过风口向室内传递的热量。公式如下:
Q=m·C(Tt-Tb)
其中:
m——上通风口的质量流率,kg/h
C——空气的比热容,kj/kg·K
Tt——上通风口的出口空气温度,K
Tb——下通风口的进口空气温度,K
质量流率是需要进行计算的,计算在空气夹层中空气的质量流率的公式取自论文:被动式太阳能采暖房数学模型及模拟计算程序(下篇,王德芳.1990)。
m=V·Ag·ρ·3600
其中:
V——空气夹层断面上空气的平均流速,m/s
Ag——空气夹层的横断面面积,㎡
ρ——对应于空气夹层内空气平均温度的密度,kg/m3
在空气夹层温度与室内温度明确的情况下,可以计算空气夹层空气的平均流速,同样取自:被动式太阳能采暖房数学模型及模拟计算程序(下篇,王德芳.1990)。
其中:
g——重力加速度,m/s2
hv——墙体上下通风口中心的垂高,m
Av——上或下通风口的面积,在上下通风孔风口面积相同时成立,㎡
Tr——室内温度,经过假设,值与下通风口温度相同,K
采用上式进行计算,温度差在夏季为3℃,冬季为8℃,与上述案例中带有相变导热组件3的温差相同,计算得夏季在仅靠导热的情况下每秒的传热量为31.185W,冬季在导热与通风口的同时传热下,每秒的传热量为561.08W。
结果对比:
通过对比本发明实施例与现有技术的普通蓄热墙的对比例的计算结果,在本发明的实施例中,在有相变导热组件3且温差相同的情况下,本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙每秒传热量为单根热管夏季1443W、冬季3535W,并且以高相变温度和低相变温度热管各1组5根计算,每秒传热量夏季7215W、冬季17680W。而一般的蓄热墙的传热量为夏季31.185W、冬季导热通风同时传热的情况下也仅仅为561.08W。
因此,而相较于一般的蓄热墙,本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的传热量要大得多,进一步可以说明本发明的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙的供暖、降温的工作效率要远远高于对比例。
Claims (7)
1.一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,包括重质墙体(1),所述的重质墙体(1)外侧安装有上下两端可开闭的透光板(2);
所述的透光板(2)与重质墙体(1)之间的空间为空气通道(4);
所述的重质墙体(1)上还安装有相变导热组件(3),所述的相变导热组件(3)包括安装在所述的重质墙体(1)上的热管(31)和填充在所述的热管(31)内的相变导热工质;
所述的热管(31)的两端延伸超出重质墙体(1)且两端延伸超出重质墙体(1)的部分反向延伸。
2.如权利要求1所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,所述的重质墙体(1)外侧安装有窗框(21),所述的透光板(2)通过所述的窗框(21)安装在所述的重质墙体(1)上;
所述的透光板(2)包括安装在窗框(21)上的第一玻璃盖板(22);
所述的第一玻璃盖板(22)上下两端还安装有可开闭的第二玻璃盖板(23),所述的第二玻璃盖板(23)安装在所述的窗框(21)上。
3.如权利要求1所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,所述的相变导热组件(3)还包括安装在所述的重质墙体(1)上的转动轴承(32),所述的转动轴承(32)内安装有保温材料块(33),所述的保温材料块(33)上安装有旋转把手(34);
所述的热管(31)至少安装1个在所述的保温材料块(33)上;
所述的转动轴承(32)外环安装在所述的重质墙体(1)上,所述的保温材料块(33)安装在所述的转动轴承(32)的内环内。
4.如权利要求3所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,所述的保温材料块(33)完全填充所述的转动轴承(32)内环,保温材料块(33)的材质为发泡聚氨酯、聚苯乙烯、酚醛板、石墨聚苯板中的一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,所述的相变导热工质为水、乙醇、丙酮、R134a、R141b中的一种。
6.如权利要求1~5任一项权利要求所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,所述的相变导热组件(3)在所述的重质墙体(1)上安装至少2组,每组相变导热组件(3)内的热管(31)安装至少1个。
7.如权利要6所述的旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙,其特征在于,至少1组所述的相变导热组件(3)上的所有热管(31)内的相变导热工质相对于其他至少1组所述的相变导热组件(3)上的所有热管(31)内的相变导热工质具有更低的相变温度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010847582.2A CN112032813A (zh) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | 一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010847582.2A CN112032813A (zh) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | 一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112032813A true CN112032813A (zh) | 2020-12-04 |
Family
ID=73580306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010847582.2A Pending CN112032813A (zh) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | 一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112032813A (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60105741A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-11 | 積水化学工業株式会社 | 蓄熱壁 |
CN101881569A (zh) * | 2010-07-19 | 2010-11-10 | 王永刚 | 变工况无倾角热管换热器 |
CN105275112A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-27 | 天津城建大学 | 被动式太阳能墙体 |
KR20170092799A (ko) * | 2016-02-04 | 2017-08-14 | 안동과학대학교 산학협력단 | 빛과 열을 이용한 공간 파티션 및 그 제어방법 |
CN110160196A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-23 | 南京工业大学 | 一种太阳能烟囱耦合分离式热管的被动式供热通风系统 |
-
2020
- 2020-08-21 CN CN202010847582.2A patent/CN112032813A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60105741A (ja) * | 1983-11-11 | 1985-06-11 | 積水化学工業株式会社 | 蓄熱壁 |
CN101881569A (zh) * | 2010-07-19 | 2010-11-10 | 王永刚 | 变工况无倾角热管换热器 |
CN105275112A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-27 | 天津城建大学 | 被动式太阳能墙体 |
KR20170092799A (ko) * | 2016-02-04 | 2017-08-14 | 안동과학대학교 산학협력단 | 빛과 열을 이용한 공간 파티션 및 그 제어방법 |
CN110160196A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-08-23 | 南京工业大学 | 一种太阳能烟囱耦合分离式热管的被动式供热通风系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2008025849A2 (en) | A solar air system with a heat pump | |
CN103017281B (zh) | 蓄能型热电式空调器 | |
CN105423472B (zh) | 用于数据中心的热管式空调系统及其散热方法 | |
CN102338415A (zh) | 自控热风式太阳能地板蓄热系统 | |
CN101303206A (zh) | 一种节能型通讯基站方舱散热装置 | |
CN102419010A (zh) | 一种光电冷热一体化的太阳能利用装置 | |
CN113503598A (zh) | 一种主被动相变蓄热集热墙系统 | |
CN206113097U (zh) | 高效储热式电采暖器 | |
CN204285855U (zh) | 环路热管型光伏光热一体墙 | |
Shi et al. | Performance of a BAPVT modules coupled TEHR unit fresh air system based on micro heat pipe array | |
CN100529593C (zh) | 太阳冷水器 | |
CN109737486A (zh) | 一种集热蓄热墙和空气水集热器的组合供暖系统 | |
CN112032813A (zh) | 一种旋转热管式太阳能供暖降温双效蓄热墙 | |
CN107036214A (zh) | 一种太阳能空调系统 | |
CN111550859A (zh) | 一种昼夜交替运行隔断式太阳能通风采暖系统 | |
CN208765044U (zh) | 太阳能综合利用发电、供暖及制冷系统 | |
CN114543211B (zh) | 一种双效蓄能型空气处理设备 | |
CN202281302U (zh) | 自控热风式太阳能地板蓄热系统 | |
CN204227619U (zh) | 一种结合夜间通风的窗式相变蓄冷调温装置 | |
JP2010270943A (ja) | 太陽エネルギー利用システム | |
CN208566968U (zh) | 一种利用水蒸发潜热的制冷空调系统 | |
CN201059899Y (zh) | 工质相变换热设备 | |
CN109870051A (zh) | 一种具有供能和蓄能功能的透光围护结构 | |
CN220417695U (zh) | 一种气凝胶太阳能集热蓄热墙 | |
CN214332854U (zh) | 一种具有冬季热回收式热管系统的地铁车站 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201204 |