CN113123488A - 一种动态建筑围护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动态建筑围护系统，包括地基，地基上平行设置有外墙和内墙，外墙和内墙之间开设有空腔，空腔的上下两端分别安装有驱动转子，两端的驱动转子之间绕设有复合层；复合层包括相变层和聚合物层，相变层和聚合物层首尾依次连接，相变层和聚合物层之间填充有绝热层。本发明通过调整相变层在墙体中的相对位置，使相变层内储能的排放方向改变：夏季热量由室内转向室外，冬季热量由室外转向室内，减小建筑维持温度所需的能源的消耗，并且提高居民的体感舒适性，为建筑节能提供一种新思路。
Description
技术领域
本发明涉及建筑节能领域，特别是涉及一种动态建筑围护系统。
背景技术
各国每年都需要消耗大量能量以保证人们日常的生活和生产工作。其中，建筑行业所需要的能源巨大，这一行业所排放的温室气体约占全球温室气体排放总量的三分之一，而绝大部分都用于室内空间加热和冷却。因此，开发新型建筑围护系统对于减少建筑能源消耗，维持室内人员热舒适性十分重要。相变材料是指温度不变的情况下改变物质状态并提供潜热的物质，可用于预防或延迟室内环境冷热负荷的高峰出现，对避免发生极端冷热的环境变化，舒缓室内温度具有十分重要的意义。因此，开发包含相变材料的围护结构已成为各国研究降低建筑能耗领域的热点方向。
然而，相变材料的相变温度基本固定，对于不同季节，其调节能力十分有限。例如，相变温度为24℃的相变材料在夏季和冬季无法发生相变(夏季白天与夜晚的温度均高于相变温度，冬季全天的温度均低于相变温度)，而这段时间正是最需要相变材料进行潜热储存及释放的时期。另外，由于相变材料通常设置在墙的近室内侧，以便于吸收并储存室内热量，但受墙体内保温层的限制，相变材料所积累的能量仍会排放到室内环境中。虽然增大散热能解决这一问题，但需要强制对流介入，会增大能量消耗，而这并不符合节能的大前提。
随着能源的不断消耗，建筑节能受到了人们的重视，被动建筑技术与主动建筑技术也得到了长足发展。相变材料在建筑节能方面的应用有巨大的发展前景，但其相变潜热有限和热量排放方向单一这两点仍然是我们需要攻克的难点。因此，开发一种新型动态建筑围护系统，改进建筑围护结构设计对实现建筑节能有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种动态建筑围护系统，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种动态建筑围护系统，包括地基，所述地基上平行设置有外墙和内墙，所述外墙和内墙之间开设有空腔；
所述空腔的上下两端分别安装有驱动转子，两端的所述驱动转子之间绕设有复合层；
所述复合层包括相变层和聚合物层，所述相变层和所述聚合物层首尾依次连接；
所述相变层和所述聚合物层之间填充有绝热层。
优选的，所述相变层包括第一柔性片，所述聚合物层包括第二柔性片，所述的第一柔性片与所述第二柔性片内均开设有放置槽；所述第一柔性片的放置槽内填充有相变材料，所述第二柔性片的放置槽内填充有聚合物；所述第一柔性片与所述第二柔性片首尾依次固定连接，连接后的所述第一柔性片与所述第二柔性片绕设在所述驱动转子上。
优选的，所述内墙包括依次设置的内导热层、内墙体和排水层，所述内导热层靠近所述空腔设置，所述排水层敷设在所述内墙体的表面；所述排水层的底端连通有排水管，所述排水管贯穿所述地基，所述排水管内填充有填料。
优选的，所述排水层包括防水底层，所述防水底层敷设在所述内墙体表面，所述防水底层的表面敷设有多孔吸水层，所述防水底层与所述多孔吸水层之间开设有若干流水通道，若干所述流水通道连通所述排水管。
优选的，所述外墙包括依次设置的安装层、外导热层和外墙体，所述安装层靠近所述空腔设置，所述外墙体位于所述导热层远离所述安装层的一侧。
优选的，所述安装层包括固定在所述空腔外侧上下两端的安装座，上下两端的所述安装座之间可拆卸连接有安装扣板，所述安装扣板与所述安装座之间开拆卸连接有安装钉。
优选的，所述安装钉包括钉帽，所述钉帽的一端固定连接有钉身的一端，所述钉身的另一端固定有横销，所述横销垂直于所述钉身，所述横销的长度大于所述钉身的直径但小于所述钉帽的直径。
优选的，所述扣板上开设有若干通孔，所述安装座上开设有若干凹孔，所述通孔与所述凹孔相对设置；所述通孔包括依次连通的钉帽孔和第一钉身孔，所述钉帽孔与所述钉帽相适配；所述凹孔包括依次连通的第二钉身孔和锁紧孔，所述第一钉身孔和所述第二钉身孔相对应，所述锁紧孔的直径不小于所述横销的长度。
优选的，所述锁紧孔内滑动连接有滑片，所滑片远离所述第二钉身孔的一端端面与所述锁紧孔的底面连接有弹簧。
优选的，所述外墙体外固定有太阳能电池组，所述太阳能电池组电性连接所述驱动转子。
本发明公开了以下技术效果：本发明通过在内墙与外墙之间设置由相变层和聚合物层构成的复合层，并通过驱动转子调整相变层在墙体中的相对位置，使相变层储能的排放方向改变，热能夏季由室内转向室外；冬季由室外转向室内，同时绝热层和聚合物层结合降低了两侧的热交换。夏季白天，驱动转子将相变层旋转至内墙侧，相变层吸收室内热量，同时聚合物层旋转至外墙侧起到强化隔热效果的作用，防止室外的热量传导进室内；夜间，驱动转子将相变层旋转至外墙侧，将白天吸收热量释放到外界环境，聚合物层旋转至内墙侧防止相变层释放的热量释放回室内，同时减少室内与室外的热交换。冬季由相变层和聚合物层的运动方向与夏季正好相反。本发明能减小建筑能源的消耗，并且提高居民的体感舒适性，为建筑节能提供一种新思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明动态建筑围护系统的结构示意图；
图2为本发明相变层的结构示意图；
图3为本发明聚合物层的结构示意图；
图4为图1中A的局部放大图；
图5为图1中B的局部放大图；
图6为本发明安装钉的立体图；
其中，1-地基，2-外墙，3-内墙，4-空腔，5-驱动转子，6-复合层，7-绝热层，8-相变层，9-聚合物层，10-第一柔性片，11-第二柔性片，12-相变材料，13-聚合物，14-内导热层，15-内墙体，16-排水层，17-排水管，18-填料，19-防水底层，20-多孔吸水层，21-流水通道，22-安装层，23-外导热层，24-外墙体，25-安装座，26-安装扣板，27-安装钉，28-钉帽，29-钉身，30-横销，31-通孔，32-凹孔，33-钉帽孔，34-第一钉身孔，35-钉身孔、36-锁紧孔，37-滑片，38-弹簧，39-太阳能电池组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-6，本发明提供一种动态建筑围护系统，包括地基1，地基1上平行设置有外墙2和内墙3，外墙2和内墙3之间开设有空腔4；
空腔4的上下两端分别安装有驱动转子5，两端的驱动转子5之间绕设有复合层6；
复合层6包括相变层8和聚合物层9，相变层8和聚合物层9首尾依次连接；驱动转子5转动会改变变材料层8和聚合物层9的相对位置，达到调整相变层8储能的排放方向改变的目的；
相变层8和聚合物层9之间填充有绝热层7，巨热层用于加强隔绝内墙3和外墙2之间的导热。
进一步优化方案，相变层8包括第一柔性片10，聚合物层9包括第二柔性片11，的第一柔性片10与第二柔性片11内均开设有放置槽；第一柔性片10的放置槽内填充有相变材料12，第二柔性片11的放置槽内填充有聚合物13；第一柔性片10与第二柔性片11首尾依次固定连接，连接后的第一柔性片10与第二柔性片11绕设在驱动转子5上；第一柔性片10和第二柔性片11的尺寸根据墙体尺寸确定，呈片状，首尾相连后绕设在驱动转子上，能随驱动转子5转动而运动；相变材料选用固液相变材料，如PureTemp23或Rubitherm RT24，其中PureTemp23蓄热能力为227J/g，融点23℃，液体密度0.83g/ml，Rubitherm RT24蓄热能力为160J/g，融点24℃，液体密度0.77g/ml。
进一步优化方案，内墙3包括由空腔4向室内依次排列设置的内导热层14、内墙体15和排水层16，内导热层14靠近空腔4设置，排水层16敷设在内墙体15的表面，；排水层16的底端连通有排水管17，排水管17贯穿地基1，排水管17内填充有填料18，潮湿天气，空气中的水在排水层16中凝结，并通过排水管17排到室外，降低室内的潮湿度，提高舒适度，同时减少室内凝水；排水管17内的填料18选用干净砂石或砾石，防止室外的泥土堵塞排水管17，也能防止昆虫钻入排水管17导致的问题。
进一步优化方案，排水层16包括防水底层19，防水底层19敷设在内墙体15表面，防水底层19的表面敷设有多孔吸水层20，防水底层19与多孔吸水层20之间开设有若干流水通道21，若干流水通道21连通排水管17，夏季闷热潮湿的天气，室内空气中的水气碰到多孔吸水层20后被吸收，由于排水层16靠近相变层8，相变层8吸热使水气凝结，然后通过竖直或斜向连通分布的流水通道21最终汇集后流入排水管17，然后排出到室外，降低了室内的潮湿度，提高了舒适性；防水底层19敷设在内墙体15的表面，防止凝结的水向内墙体1内渗透导致内墙体1以及内部结构潮湿发霉。
进一步优化方案，外墙2包括由空腔4朝向室外依次排列设置的安装层22、外导热层23和外墙体24，安装层22靠近空腔4布置，外墙体24位于导热层23远离安装层22的一侧；安装层22便于拆卸安装，用于后期复合层6及驱动转子5进行检修和维护；外导热层23用于加快相变层8吸热或散热的速度，加快调节效率。
进一步优化方案，安装层22包括固定在空腔4外侧上下两端的安装座25，上下两端的安装座25之间可拆卸连接有安装扣板26，安装扣板26与安装座25之间开拆卸连接有安装钉27。
进一步优化方案，安装钉27包括钉帽28，钉帽28的一端固定连接有钉身29的一端，钉身29的另一端固定有横销30，横销30垂直于钉身29，横销30的长度大于钉身29的直径但小于钉帽28的直径；钉帽28的顶面开设有由于旋转的螺丝刀槽，方便旋转安装钉27。
进一步优化方案，扣板上开设有若干通孔31，安装座上开设有若干凹孔32，通孔31与凹孔32相对设置；通孔31包括依次连通的钉帽孔33和第一钉身孔34，钉帽孔33与钉帽28相适配；凹孔32包括依次连通的第二钉身孔35和锁紧孔36，第一钉身孔34和第二钉身孔35相对应，第一钉身孔34和第二钉身孔35的截面与横销30的尺寸相适配，锁紧孔36的直径不小于横销30的长度；锁紧孔36内滑动连接有滑片37，所滑片37远离第二钉身孔35的一端端面与锁紧孔36的底面连接有弹簧38，当横销30插入锁紧孔36后转动，横销30与第二钉身孔35错位，卡在锁紧孔36的入口处，向锁紧孔36底部推动滑片37，弹簧38被压缩；当需要拆卸时，旋转横销30，使横销30与第二钉身孔35对准，弹簧38推动滑片37将横销30从锁紧孔36的入口处顶出，进入第二钉身孔35，然后拔出即可使安装座25和安装扣板26分开。
进一步优化方案，外墙体24外固定有太阳能电池组39，太阳能电池组39电性连接驱动转子5，当白天太阳出来太阳能电池组39吸收太阳能，为驱动转子5提供动力。
使用说明：使用本发明，先按照说明进行建造，建造完成后，检查整体的水密性以及驱动转子5的运行状况，检查无误后即可开始使用。
夏季时，白天通过驱动转子5带动复合层6运动，调整相变层8和聚合物层9的相对位置，将相变层8转到内墙3一侧，室内热量通过内导热层14传导后被相变层8吸收并存储，从而达到降低室内温度的效果，此时聚合物层9转到外墙2侧，结合绝热层7增加了隔热效果，从而减少太阳辐射外墙2导致室内热量增加；当室内湿度较大时，由于相变层8吸收室内热量，室内的水气凝结，被排水层6的多孔吸水层20吸收汇集，然后通过流水通道21流入排水管17中，排出到室外，降低室内的湿度，提高舒适性；夜晚再次通过驱动转子5带动复合层6运动，调整相变层8和聚合物层9的相对位置，将相变层8转到外墙2侧，将以相变层8在白天吸收并存储的热量通过外导热层23释放到室外空间，此时聚合物层9转到内墙2侧，并同绝热层7结合，在阻止相变层8的热量向室传导的同时，还能防止室内冷气通过墙体流失，从而减少室内空调制冷消耗的电能。
冬季时，白天通过驱动转子5带动复合层6运动，调整相变层8和聚合物层9的相对位置，将相变层8转到外墙2侧，通过外导热层23吸收太阳辐射外墙的热量并存储，此时聚合物层9转到内墙2侧，并同绝热层7结合，增加了隔热效果，防止室内暖气采暖的热量通过墙壁散失；夜晚再次通过驱动转子5带动复合层6运动，调整相变层8和聚合物层9的相对位置，将相变层8转到内墙3一侧，将相变层8在白天时吸收的热量通过内导热层14释放到室内，此时聚合物层9转到外墙2侧，结合绝热层7增加了隔热效果，再减少室外相变层8的热量向室外传递的同时还能减少室内热量向室外的散失，从而减少冬季采暖热量的消耗。
实施例1
在晚春初夏季节(5～7月)，某采用本发明所公开的动态建筑围护系统的居民住宅，通过驱动转子5带动复合层6运动，白天将相变层8移动到内墙3侧，聚合物层9置于外墙2侧，相变层8内的相变材料12吸收室内的热量，此时聚合物层9和绝缘层7在室外侧，可防止室外环境对相变层8产生额外影响，有效降低室内的温度，室内湿度较大时，也能通过排水层16和排水管17将水分排出室外；夜间则将相变层8转移到外墙2侧，聚合物层9置于内墙3侧，白天相变层8吸收的热量可释放至室外，聚合物层9和绝缘层7位于室内层，可防止室外热量外泄。期间保持室内温度为24℃，并在房间温度过高的情况下，使用空调等制冷设备进行降温，所耗费的电量较前一年可降低约20％。
实施例2
在春天(4～5月)，某采用本发明所公开的动态建筑围护系统的数据中心，通过驱动转子5带动复合层6运动，白天将相变层8移动到内墙3侧，聚合物层9置于外墙2侧，相变层8内的相变材料12吸收室内的热量，此时聚合物层9和绝缘层7在室外侧，可防止室外环境对相变层8产生额外影响，有效降低室内的温度，室内湿度较大时，也能通过排水层16和排水管17将水分排出室外；夜间则将相变层8转移到外墙2侧，聚合物层9置于内墙3侧，白天相变层8吸收的热量可释放至室外，聚合物层9和绝缘层7位于室内层，可防止室内热量外泄。期间保持数据中心室内温度为23℃，并在房间温度过低的情况下，使用采暖设备补偿室内所耗散的热量，所耗费的电量较前一年可降低约16％。
实施例3
在春季(3～6月)，某采用本发明所公开的动态建筑围护系统的办公建筑，通过驱动转子5带动复合层6运动，白天将相变层8移动到内墙3侧，聚合物层9置于外墙2侧，相变层8内的相变材料12吸收室内的热量，此时聚合物层9和绝缘层7在室外侧，可防止室外环境对相变层8产生额外影响，有效降低室内的温度，室内湿度较大时，也能通过排水层16和排水管17将水分排出室外；夜间则将相变层8转移到外墙2侧，聚合物层9置于内墙3侧，白天相变层8吸收的热量可释放至室外，聚合物层9和绝缘层7位于室内层，可防止室内热量外泄。。期间保持室内温度为26℃，并在房间温度过高的情况下，使用空调等制冷设备进行降温，所耗费的电量较前一年可降低约24％。
本发明所设计的动态建筑围护系统能有效减小建筑能源的消耗，并且保证居民的体感舒适性，同时不只局限于竖直墙壁，还可用于屋顶或天花板，应用范围较广，具有较高的推广性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种动态建筑围护系统，其特征在于：包括地基(1)，所述地基(1)上平行设置有外墙(2)和内墙(3)，所述外墙(2)和内墙(3)之间开设有空腔(4)；
所述空腔(4)的上下两端分别安装有驱动转子(5)，两端的所述驱动转子(5)之间绕设有复合层(6)；
所述复合层(6)包括相变层(8)和聚合物层(9)，所述相变层(8)和所述聚合物层(9)首尾依次连接；
所述相变层(8)和所述聚合物层(9)之间填充有绝热层(7)。
2.根据权利要求1所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述相变层(8)包括第一柔性片(10)，所述聚合物层(9)包括第二柔性片(11)，所述的第一柔性片(10)与所述第二柔性片(11)内均开设有放置槽；所述第一柔性片(10)的放置槽内填充有相变材料(12)，所述第二柔性片(11)的放置槽内填充有聚合物(13)；所述第一柔性片(10)与所述第二柔性片(11)首尾依次固定连接，连接后的所述第一柔性片(10)与所述第二柔性片(11)绕设在所述驱动转子(5)上。
3.根据权利要求1所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述内墙(3)包括依次设置的内导热层(14)、内墙体(15)和排水层(16)，所述内导热层(14)靠近所述空腔(4)布置，所述排水层(16)敷设在所述内墙体(15)的表面；所述排水层(16)的底端连通有排水管(17)，所述排水管(17)贯穿所述地基(1)，所述排水管(17)内填充有填料(18)。
4.根据权利要求3所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述排水层(16)包括防水底层(19)，所述防水底层(19)敷设在所述内墙体(15)表面，所述防水底层(19)的表面敷设有多孔吸水层(20)，所述防水底层(19)与所述多孔吸水层(20)之间开设有若干流水通道(21)，若干所述流水通道(21)连通所述排水管(17)。
5.根据权利要求1所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述外墙(2)包括依次设置的安装层(22)、外导热层(23)和外墙体(24)，所述安装层(22)靠近所述空腔(4)设置，所述外墙体(24)位于所述导热层(23)远离所述安装层(22)的一侧。
6.根据权利要求5所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述安装层(22)包括固定在所述空腔(4)外侧上下两端的安装座(25)，上下两端的所述安装座(25)之间可拆卸连接有安装扣板(26)，所述安装扣板(26)与所述安装座(25)之间开拆卸连接有安装钉(27)。
7.根据权利要求6所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述安装钉(27)包括钉帽(28)，所述钉帽(28)的一端固定连接有钉身(29)的一端，所述钉身(29)的另一端固定有横销(30)，所述横销(30)垂直于所述钉身(29)，所述横销(30)的长度大于所述钉身(29)的直径但小于所述钉帽(28)的直径。
8.根据权利要求7所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述安装扣板(26)上开设有若干通孔(31)，所述安装座(25)上开设有若干凹孔(32)，所述通孔(31)与所述凹孔(32)相对设置；所述通孔(31)包括依次连通的钉帽孔(33)和第一钉身孔(34)，所述钉帽孔(33)与所述钉帽(28)相适配；所述凹孔(32)包括依次连通的第二钉身孔(35)和锁紧孔(36)，所述第一钉身孔(34)和所述第二钉身孔(35)相对应，所述锁紧孔(36)的直径不小于所述横销(30)的长度。
9.根据权利要求8所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述锁紧孔(36)内滑动连接有滑片(37)，所滑片(37)远离所述第二钉身孔(35)的一端端面与所述锁紧孔(36)的底面连接有弹簧(38)。
10.根据权利要求6所述的动态建筑围护系统，其特征在于：所述外墙体(24)外固定有太阳能电池组(39)，所述太阳能电池组(39)电性连接所述驱动转子(5)。
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