CN112343167A - 一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，该墙体是在木结构建筑墙体的结构里增加了水管以及蓄热材料，利用太阳能热水器产生热水，并将热水通入木结构建筑墙内的通水管中，在冬季时为木结构建筑进行辐射供暖，并将多余的热量储存在蓄热材料中，以便在夜间时为室内供暖。当太阳能热水器产生的热水不足时，利用白天太阳能光伏产生的电对热水箱中的水进行加热，从而实现连续供暖。

Description

一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体
技术领域
本发明专利涉及建筑节能领域，尤其涉及了一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体。
背景技术
当前我国能源消耗量巨大，我国的能源结构主要使用煤等化石燃料，然而煤等化石燃料燃烧时排放的污染物会对环境造成一定污染。近年来为了实现建筑的可持续化绿色发展，太阳能、风能等可再生能源的利用成为我国建筑节能领域研究的重点，其中包括对太阳能供暖的研究。
相变材料蓄热采暖的原理是在使用热水供热的过程中，相变材料融化储存了相变潜热，当停止热水供应或者热水供应不足时，温度下降低于相变材料的凝固点时，向环境释放相变潜热。相变蓄热采暖是一种具有高节能环保性的间歇供暖方式，解决了能源的浪费问题。
在墙体内部通水是一种新型的建筑结构形式，将水管埋入墙体内，利用水管内部流动的循环水进行热量传递，这种结构类似于辐射供暖/冷，这样可以减小室外气候环境对建筑室内环境的影响，从而降低建筑能耗，提高建筑室内热舒适性。
木结构建筑是指利用木材构成承重构件的建筑物，与其他材料构成的建筑相比，木结构建筑具有如下特点：(1)原材料可再生；(2)保温节能；(3)设计灵活，改造方便；(4)施工周期段，对环境影响小；(5)耐火与抗震性能好；(6)具有良好的外部收益。因此现阶段我国对木结构建筑的发展呈上升趋势。
一般来说在冬季晴朗的白天时利用太阳能热水器产生的热水，能够满足对木结构建筑的供暖以及相变材料的蓄热，在夜间时利用相变材料的蓄热对建筑进行供暖。但是在阴雨天和产生的热水量不足时如何对木结构建筑进行持续供暖，以及相变材料在融化时出现滴漏的问题，这依然是本领域研究的技术空白点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何克服现有的技术缺陷，提供了一种可以增强木结构建筑围护结构保温效果降低木结构建筑负荷和能耗，并且有效利用太阳能热水器产生的热水对室内进行供暖的蓄热式通水木结构建筑墙体的构造形式。
为此，本发明实现上述目的的技术方案为：一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，主要利用太阳能光热技术，将太阳能产生的热水利用水管通入到木结构建筑墙体中进行供暖，利用相变材料将多余的热量进行储存，以解决夜间供暖问题。并且利用太阳能光伏产生的电力来加热热水箱中的水，以解决在连续阴雨天气或者太阳能热水器所产生的热水量不足的问题，从而实现连续供暖。
本发明提出的一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其由外到内的构造依次为软木(22)、防水卷材(21)、OSB板(18)、填充保温材料的墙骨柱(16)、OSB板(18)、反射膜(17)、相变材料(15)、通水管道(19)以及石膏板(14)。
进一步的，通过对木结构建筑外墙的构造形式进行设置，可以在保证安全性和经济性的前提下最大程度的提升木结构建筑外墙的保温性能，降低墙体的传热系数，从而降低建筑的负荷和能耗，同时能够保障室内人员的热舒适性。
进一步的，木结构建筑墙体中的通水管道为蛇形排列，所述的通水管道采用紧固件固定在石膏板和OSB板中间，在通水管中间空隙内填充相变材料。
进一步的，为了最大效率的利用太阳能，将太阳能热水器与太阳能光伏板放置于木结构建筑的顶部。
进一步的，太阳能集热器产生的热水直接通入热水箱。各个方向的外墙内的通水管道都为独立的管道，供水管都与分水器相连，分水器再与热水箱相连。回水管直接送入热水箱中，然后经由循环泵送入太阳能热水器中进行循环。
进一步的，在热水箱处安装控制器(8)，控制器的温度传感器设定温度为50℃，当热水箱的水温低于50℃时，控制器将控制DC/AC逆变器和电加热器启动。
优选的，如果墙体内每一个通水管之间的间距过大可能会造成水管附近的相变材料融化，而两个水管之间的相变材料没有或者很少融化，因此水管间距选用60mm。
优选的，通水管之间填充的相变材料为相变温度为42℃石蜡微胶囊粉末，这样可以避免石蜡在相变过程中会出现腐蚀、渗漏等现象。
本发明相比于过去的技术有如下优点：
(1)能够降低木结构建筑负荷和能耗；本发明对木结构建筑墙体的构造形式进行了设计，在墙体内部安装通水管道并填充了相变材料，因此可以有效的降低建筑的传热系数，从而降低建筑负荷和能耗。
(2)可以维持室内温度恒定，保障室内人员的舒适性；当在墙体中通入热水后，一方面可以隔绝木结构墙体与外界的换热，另一方面可以向室内通过辐射进行供暖，从而可以较好维持室温，这样能够保障室内人员的热舒适性。
附图说明
图1.本发明建筑外墙系统图；
图2.本发明外墙体结构图；
图3.本发明系统运行流程图
图中：1.太阳能光伏板；2.太阳能热水器；3.热水供水管；4.热水回水管；5.DC/AC逆变器；6.热水水箱；7.电加热器；8.控制器；9.蓄电池；10.供水泵；11.循环泵；12.分水器；13.集水器；14.石膏板；15.相变材料；16.墙骨柱；17.反射膜；18.OSB板；19.通水管道；20.保温棉；21.防水卷材；22.软木。
具体实施方式
结合附图，下面对本发明墙体作进一步说明；
如附图2所示的一种新型太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其由外到内的构造依次为软木22、防水卷材21、OSB板18、填充保温材料的墙骨柱16、OSB板18、反射膜17、相变材料15、通水管道19以及石膏板14。
所述的软木22厚度为40mm，规格为1200mm×1200mm×40mm；防水卷材21的厚度为2mm；OSB板18厚度为12mm；墙骨柱16材料为SPF型材，规格为38×140mm，其内部填充140mm厚保温棉20；反射膜17采用的是铝薄膜；石膏板14的厚度为12mm。以上材料均采用市面上现有产品。
木结构建筑墙体中的通水管道为蛇形排列，所述的通水管道采用紧固件固定在石膏板和OSB板中间，通水管材料选用的为PERT管，管间距为60mm，管径为20mm。
通水管道间隙内填充的相变材料是相变温度为42℃的石蜡微胶囊粉末。
木结构建筑墙体的上述构造可以有效的降低其传热系数，从而降低木结构建筑负荷和能耗。当在墙体中通入热水后，一方面可以隔绝木结构建筑墙体与外界的换热，另一方面可以向室内通过辐射进行供暖，从而可以较好维持室温，能够保障室内人员的热舒适性。
如附图3所示，一种新型太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体系统运行过程如下：冬季晴朗的白天，太阳能热水器产生的热水送入到热水箱中，然后经由供水泵送入分水器后再分别输送到各个方向的墙体内对木结构建筑进行供暖，多余的热量储存在相变材料中；夜间时，由于热水箱所供应的热水量不足，这时利用储存在相变材料中的相变潜热来对木结构建筑进行供暖，从而维持冬季室内温度恒定。晴天时太阳能光伏板产生的电量储存在蓄电池中，当控制器上的温度传感器测量到热水箱的温度低于设定的温度时，控制器将控制着DC/AC逆变器5将储存在蓄电池中的直流电转变为交流电后对热水箱里的水进行加热，使热水箱的水温达到设定的要求，从而实现持续供暖。
在热水箱处安装控制器，该控制器是以STC89C52RC单片机为控制核心，采用数字温度传感器DSI8820测量温度，测得的温度以信号形式反馈到单片机上，单片机再控制着DC/AC逆变器5以及电加热器7的启闭。
本发明尚有多种具体实施方式，凡采用同等替换或者等效变化而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其特征在于：所述的木结构建筑墙体由外到内的构造依次为软木(22)、防水卷材(21)、OSB板(18)、填充保温材料的墙骨柱(16)、OSB板(18)、反射膜(17)、相变材料(15)、通水管道(19)以及石膏板(14)；
所述的墙体中的通水管道(19)为蛇形排列，采用紧固件固定在石膏板(14)和OSB板(18)中间，在通水管道(19)中间空隙内填充相变材料(15)；太阳能集热器产生的热水直接通入热水箱。
2.根据权利要求1所述的一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其特征在于：各个方向的外墙内的通水管道(19)都为独立的管道，由供水泵送入各墙体中。
3.根据权利要求1所述的一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其特征在于：供回水管都与热水箱相连，然后经由循环泵送入太阳能热水器中进行热水循环。
4.根据权利要求1所述的一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其特征在于：均匀的分布在管线的间隙中。
5.根据权利要求1所述的一种新型的太阳能蓄热式通水木结构建筑墙体，其特征在于：所述相变材料(15)为石蜡，结构为微胶囊粉末状。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113414869A (zh) * 2021-06-07 2021-09-21 中建材创新科技研究院有限公司 一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法
CN113932277A (zh) * 2021-11-22 2022-01-14 燕山大学 一种通水木结构墙体

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