CN112944432A - 固体基热激活建筑外围护结构 - Google Patents

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王倩
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Abstract

本发明公开了一种固体基热激活建筑外围护结构，包括墙体基体、集热换热系统和固体工质输送系统；所述墙体基体的内部设有换热管道腔，墙体基体的侧部竖直设有输送管道腔，集热换热系统包括集热管道、换热管道以及固体换热工质；固体工质输送系统包括电机、螺旋轴、螺旋叶片、进料腔、进料管、出料腔和出料管，输送管道腔、进料腔和出料腔形成的固体工质输送空间内安装有螺旋轴，其上设有螺旋叶片，螺旋轴的上端穿过出料腔的顶部与电机连接，进料腔通过进料管与换热管道的出口连通，出料腔通过集热管道与换热管道的进口连通，固体换热工质通过固体工质输送系统在换热管道内流动。本发明的固体基热激活建筑外围护结构系统简单可靠、适用范围广。

Description

固体基热激活建筑外围护结构
技术领域
本发明涉及建筑围护结构技术领域，尤其是涉及一种固体基热激活建筑外围护结构。
背景技术
热激活建筑系统是一种高效建筑节能与供能系统，通过在围护结构中嵌入流体管道并借助水泵(液体基)或气泵(空气基)等设备驱动载热/载冷介质在流体管道中循环流动，热激活建筑外围护结构可以获得相比普通建筑外围护结构更好的保温隔热和热舒适效果。然而，无论是空气基还是液体基热激活建筑系统目前均存在较大的技术局限性，也限制了该技术进一步推广应用。首先，空气基热激活建筑系统虽然适用范围广、运维要求低，即使空气循环系统发生泄漏也不会对建筑围护结构本体造成影响，但空气密度和比热容较小的先天劣势使得其携热能力不足并由此导致空气基热激活建筑系统实际运行效率极为低下，空气基热激活建筑系统的驱动功耗也长期居高不下。与此同时，液体基热激活建筑系统虽然采用了携热能力更强的液体循环换热方式，一定程度上有效提升了自身的运行效率并降低了整体驱动功耗，但其伴生的检修难度高和运维工作量大的弊端至今未能得到有效解决。具体而言，液体基热激活建筑系统在发生工质泄漏后，不但系统自身换热效率会大幅下降，泄漏工质若不能及时排出围护结构还会导致受到浸泡的围护结构出现结构性安全问题，从而影响建筑的正常使用。因此，液体基热激活建筑系统在发生泄漏问题后必须立即断开循环系统并对其进行检修，然而由于该系统中的流体管道通常是被嵌入围护结构的承重层或抹灰层，因此对其进行检修通常需要对建筑围护结构进行大规模的破拆，不仅运维难度和工作量极大，同时也给建筑带来潜在的结构安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种使用固体材料作为载热和换热工质并且运行效率高、检修难度低、运维工作量小的固体基热激活建筑外围护结构。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，包括墙体基体、集热换热系统和固体工质输送系统；所述墙体基体的内部设有换热管道腔，墙体基体的侧部竖直设有输送管道腔，集热换热系统包括集热管道、换热管道以及固体换热工质，所述换热管道设置于所述换热管道腔内，换热管道的上端与所述集热管道的一端连接；所述固体工质输送系统包括电机、螺旋轴、螺旋叶片、进料腔、进料管、出料腔和出料管，所述进料腔设置于所述墙体基体的下端，出料腔设置于墙体基体的上端，输送管道腔、进料腔和出料腔形成的固体工质输送空间内安装有所述螺旋轴，其上设有所述螺旋叶片，螺旋轴的上端穿过出料腔的顶部与所述电机连接，所述进料腔通过进料管与换热管道的出口连通，所述出料腔通过集热管道与换热管道的进口连通，所述固体换热工质通过固体工质输送系统以及自身重力作用在换热管道内流动。
优选地，所述集热管道靠近换热管道的一端设有第一温度传感器，集热管道靠近出料管的一端设有第二温度传感器，换热管道靠近进料管的一端设有第三温度传感器，所述第一温度传感器至第三温度传感器的信号输出端以及电机的电源线与控制器连接。
优选地，所述墙体基体的外侧依次覆盖有外保温层和外抹灰层，墙体基体的内侧为内抹灰层。
优选地，所述进料管以及集热管道两端非集热管段包裹有保温材料层。
优选地，所述固体换热工质采用干燥的细沙、砂石、鹅卵石、金属球或相变材料胶囊，或者上述材料的混合形式。
优选地，所述集热管道为金属管道、塑料管道或玻璃管道，若为金属或塑料管道时，外表面涂刷深色吸热涂层。
优选地，所述换热管道采用蛇形串联形式或平行并联形式。
优选地，所述换热管道采用蛇形串接形式，并且所有直管段沿流动方向具有不低于0.5％的坡度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的固体基热激活建筑外围护结构系统简单可靠、适用范围广，使用固体材料作为载热换热工质后，可以在确保自身换热效率不发生较大变化的前提下，有效解决传统空气基和液体基热激活建筑系统中广泛存在的系统易泄露、检修困难、运维工作量大以及系统故障后潜在影响建筑安全和使用体验等技术弊端，同时也无需再考虑液体基热激活建筑系统在冬季应用过程中所面临的防冻抗冻等难题。
附图说明
图1所示为本发明固体基热激活建筑外围护结构的示意图；
图2所示为本发明固体基热激活建筑外围护结构的正视图；
图3所示为本发明固体基热激活建筑外围护结构的侧视图；
图4所示为本发明固体基热激活建筑外围护结构的A-A向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的固体基热激活建筑外围护结构如图1-图4所示，包括墙体基体11、集热换热系统、固体工质输送系统、控制系统以及固体换热工质23组成。所述墙体基体11的内部设有换热管道腔12和输送管道腔13，墙体基体11的外侧依次覆盖有外保温层14和外抹灰层15，墙体基体11的内侧为内抹灰层16。所述换热管道腔12由直管段和弯头段组成，其进出口分别设在墙体基体11的上下两端。所述输送管道腔13竖直设于墙体基体11的侧部。所述集热换热系统包括集热管道21、换热管道22以及固体换热工质23组成。所述换热管道设置于所述换热管道腔内，换热管道的上端与所述集热管道的一端连接。所述固体工质输送系统包括电机31、螺旋轴32、螺旋叶片33、进料腔34、进料管35、出料腔36和出料管37。所述墙体基体11的下端设有进料腔34，上端设有出料腔36。所述进料腔34通过进料管35与换热管道22的出口连通，所述出料腔36通过集热管道21与换热管道22的进口连通。所述进料管35以及集热管道21两端非集热管段包裹有保温材料5。所述输送管道腔13、进料腔34和出料腔36形成的固体工质输送空间内安装有螺旋轴32，其上设有螺旋叶片33，螺旋轴32的上端穿过出料腔36的顶部与外置电机31连接。固体换热工质通过固体工质输送系统以及自身重力作用在换热管道内流动，不论换热管道是平行布置还是沿流动方向具有一定坡度布置，位于集热管道内部的固体换热工质在结构形式上始终要高于墙体内部的固体换热工质，因此这部分工质始终会向下推动固体工质的流动，重力在系统中起到的是辅助作用而非决定性作用，整个系统的流动主要还是依靠固体工质输送系统的推动。也只有依靠固体工质输送系统首先把固体换热工质输送至集热管道，集热管道中的固体工质才能一定程度上依靠自身重力向下流动。
所述集热管道21靠近换热管道22的一端设有第一温度传感器42，集热管道21靠近出料管37的一端设有第二温度传感器43，换热管道22靠近进料管35的一端设有第三温度传感器44，所述第一温度传感器至第三温度传感器的信号输出端以及电机31的电源线与所述控制器41连接。
所述固体换热工质23可以采用干燥的细沙、砂石、鹅卵石、金属球或相变材料胶囊，或者上述材料的混合形式。本领域内尚没有人采用固体换热工质作为流动换热工质，这也是为什么申请固体基热激活建筑围护结构的一个原因。当然这个专利不仅仅只是工质替换这么简单，本领域存在的技术弊端也要求必须采用固体换热工质。固体换热工质最好采用人工制造的大小一致并且形状为圆形的钢球或其它金属球，并且球状固体在具有一定坡度的换热管道内流动理论上也是没有任何问题的。考虑到自然界中不可能有大小一致的圆形固体，所以自然存在的接近球状的细沙、砂石、鹅卵石或者经过一定程度的筛选或者再加工的细沙、砂石、鹅卵石一定程度上也可应用。为什么这里没有选择半固体的换热工质，主要是考虑到半固态换热工质在长期运行过程中可能出现板结现象，反而导致系统不能正常循环流动。
所述集热管道21可以为金属管道、塑料管道或玻璃管道，若为金属或塑料管道时，外表面优先涂刷深色吸热涂层。
所述换热管道22可以采用蛇形串联形式或平行并联形式。
本实施例中采用蛇形串接形式，并且所有直管段沿流动方向具有不低于0.5％的坡度。
本发明的固体基热激活建筑外围护结构的运行控制方式如下：当控制器41监测到第一温度传感器42的读数高于第二温度传感器43的读数达到设定值时，向电机31发出系统运行信号并控制电机31进行启动运行，此时携带热量的固体换热工质23被持续传送至墙体基体11中释放热量并加热墙体；否则，电机31处于关闭状态。在上述过程中，若控制器41监测到第三温度传感器44的读数与第一温度传感器42的读数差值小于设定值时，向电机31发出系统暂停信号并控制电机31停止运行，此时滞留在换热管道22中的固体换热工质23仍可以持续向墙体基体11中释放热量并加热墙体。当第三温度传感器44所监测温度值相比前值继续下降预设温度值后，控制器41向电机31发出系统恢复运行信号并控制电机31再次进行启动运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，包括墙体基体、集热换热系统和固体工质输送系统；所述墙体基体的内部设有换热管道腔，墙体基体的侧部竖直设有输送管道腔，集热换热系统包括集热管道、换热管道以及固体换热工质，所述换热管道设置于所述换热管道腔内，换热管道的上端与所述集热管道的一端连接；所述固体工质输送系统包括电机、螺旋轴、螺旋叶片、进料腔、进料管、出料腔和出料管，所述进料腔设置于所述墙体基体的下端，出料腔设置于墙体基体的上端，输送管道腔、进料腔和出料腔形成的固体工质输送空间内安装有所述螺旋轴，其上设有所述螺旋叶片，螺旋轴的上端穿过出料腔的顶部与所述电机连接，所述进料腔通过进料管与换热管道的出口连通，所述出料腔通过集热管道与换热管道的进口连通，所述固体换热工质通过固体工质输送系统以及自身重力作用在换热管道内流动。
2.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述集热管道靠近换热管道的一端设有第一温度传感器，集热管道靠近出料管的一端设有第二温度传感器，换热管道靠近进料管的一端设有第三温度传感器，所述第一温度传感器至第三温度传感器的信号输出端以及电机的电源线与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述墙体基体的外侧依次覆盖有外保温层和外抹灰层，墙体基体的内侧为内抹灰层。
4.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述进料管以及集热管道两端非集热管段包裹有保温材料层。
5.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述固体换热工质采用干燥的细沙、砂石、鹅卵石、金属球或相变材料胶囊，或者上述材料的混合形式。
6.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述集热管道为金属管道、塑料管道或玻璃管道，若为金属或塑料管道时，外表面涂刷深色吸热涂层。
7.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述换热管道采用蛇形串联形式或平行并联形式。
8.根据权利要求1所述的固体基热激活建筑外围护结构，其特征在于，所述换热管道采用蛇形串接形式，并且所有直管段沿流动方向具有不低于0.5％的坡度。
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