CN204244819U - 一种日光温室相变蓄热保温骨架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种日光温室相变蓄热保温骨架，该日光温室相变蓄热保温骨架的形状是建筑结构中的各种型材构件，在型材构件内封装有无机相变混合材料。可以有效蓄积日光温室白天的富裕热量，并在夜晚缓慢释放提高室内温度，同时也可以有效地降低温室骨架的表面温度，进而达到保护温室采光面覆盖材料的功效。

Description

一种日光温室相变蓄热保温骨架

技术领域

本实用新型涉及建筑、园艺生产领域的节能保温材料，特别涉及一种日光温室相变蓄热保温骨架。

背景技术

设施农业是我国农业现代化的重要课题，设施园艺面积达到5700万亩，产值达到7000亿元以上。占农业总产值的12％。其中日光温室占30％。在各种设施园艺建筑中我国自主研发的日光温室具有很高的太阳能利用率和很好的节能效果，但在实践中仍然存在蓄放热技术瓶颈，极大地限制了日光温室性能的进一步提高。如何提高日光温室的自主能量供给是我国设施农业研究面临的重大难题，而以太阳能为基础的日光温室主动蓄放热技术是解决该问题的有效途径。

日光温室是我国北方地区独有的一种温室类型，即使在最寒冷的季节，只依靠太阳光和蓄热墙体来维持一定的室内温度，也能够满足种植作物生长的需要。白天日光温室的后墙墙体表面通过接受透过前屋面照射进来的太阳辐射进行热量蓄积，晚上由于墙体表面与室内空气形成的温度差而不断向室内释放热量以提高空气温度。但在实践中却存在日光温室白天蓄热不足，进而导致冻害经常发生。因此，日光温室的结构研究中亟待开发一种低成本的蓄热构件，满足日光温室白天蓄热，夜晚放热的功能。

在众多的蓄热材料中利用物质在固液、固固相变过程中吸收或释放能量的特性可以将暂时不用的能量储存起来,待需要时再加以利用,这类材料统称为相变储能材料,被广泛应用于空调节能、建筑节能、甚至空间技术等方面。相变储能材料包括无机类(结晶水合盐、熔融盐等)、有机类(石蜡类、酯酸类等) 以及无机有机复合类。有机相变材料具有具有合适的相变温度和较高的潜热，并且无毒、无腐蚀性、无过冷、无分层等问题，稳定性强，相变过程可逆性好，适合在建筑领域中应用。但有机相变材料的缺点是导热性差、价格高，有些材料在高温或强氧化剂存在时会燃烧分解等。

利用相变材料的潜热来进行热能的储存或释放，可以制造出各种提高能源利用率的设施，同时，利用相变材料在相变过程中温度近似恒定的特性，可以达到控制温度的目的。目前，这类材料已被广泛应用于太阳能利用、余热废热回收、智能化自动空调建筑物、玻璃暖房、相变储能型空调、保温服装等民用和军用领域，而且范围在不断扩大。

常用的高能相变材料是通过固液相变进行能量的存储和释放的，由于储能时材料为液态，必须有容器密封封装，不仅容易泄露还增大了传热介质和材料间的热阻，且成本亦会相应提高，使得传统的材料在太阳能利用和建筑领域推广应用存在一定的困难。同时,单一的相变材料,相变温度一般都不符合园艺作物的温度要求,因此不能直接应用于园艺生产的温室建筑。

相变复合材料的耐久性始终是一个制约其广泛使用的因素，包括相变材料多次相变循环后热物理性质的下降、相变材料泄露、相变材料载体破坏，相变材料的热物理性质在多次融解-凝固循环后开始退化。除此之外，相变材料的相变温度也是制约相变材料在园艺生产中应用的一个很大的制约因素。无机相变材料大都存在不同程度的过冷现象，无机相变材料的这一特性有时会影响相变材料的应用。但是，如果通过相变材料的复合，控制过冷温度，则该物理特性会极大地拓展无机相变材料在园艺生产中的用途。针对园艺产品的生长特点，结合温室的实际温度曲线，复合相变材料，能够实现在园艺产品的最适温度上限时开始大量储能，在最适温度下限时开始大量放能。

现有技术中涉及了将相变材料封装在多孔建筑材料中的方法，但其生产工艺复杂，而且由于要将相变材料封装在多孔的建筑材料中(如珍珠岩等)，然 后再将封装有相变材料的该类多孔轻质材料作为骨料加入在建筑材料中，因此在施工过程中不得不影响建筑材料的强度，而且除此之外还面临封装材料的渗漏问题，在实践推广中有一定的难度。珍珠岩等孔隙材料虽然可以大量吸附相变材料，但是最终的成型材料由于强度较低，不能够单独应用于建造，因此会大大增加建筑的成本和构造施工的难度。

发明内容

本实用新型目的是提供一种具有稳定性高、相变潜能大、相变温度容易控制、工艺简单、成本低、易于实施的日光温室相变蓄热保温骨架。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种日光温室相变蓄热保温骨架，该日光温室相变蓄热保温骨架的形状是建筑结构中的各种型材构件，其特征在于，在型材构件内封装有无机相变混合材料。

本实用新型的其它特点是，所述的无机相变混合材料用聚乙烯材料封装成包，每包300g～500g。

与现有技术相比，本实用新型的日光温室相变蓄热保温骨架材料，具有如下优点：

1、无机相变混合材料的主材为无机类相变材料，因此具有来源广泛、价格低廉、相变导热能力强、储热能力强等特点。

2、采用建筑结构中的型材构件中封装有无机相变混合材料，具有生产率高、产品质量稳定、价格低廉等特点，可以有效地避免渗漏的风险，同时也可以有效地改善复合相变材料的过冷和相变分离等热物理性质。

3、该日光温室相变蓄热保温骨架材料可以广泛应用于温室建筑行业，而且基本对现有日光温室采光面的施工不会增加施工难度和工程造价，因此极具推广和应用的价值。

4、可以有效蓄积日光温室白天的富裕热量，并在夜晚缓慢释放提高室内 温度，同时也可以有效地降低温室骨架的表面温度，进而达到保护温室采光面覆盖材料的功效。

5、无机相变混合材料涉及两种配方，其熔解温度为30℃左右，凝固温度约为8℃。因此可以达到在建筑内部高温时，吸收夏季温度高时的太阳辐射热，降低温室内气温；而在建筑内部温度降低时，防止冬季过冷时室内结冰。使复合相变材料兼备储热和除湿双重效果，对改善建筑内部环境和节能环保有重大意义。

附图说明

图1为采用本实用新型的日光温室相变蓄热保温骨架材料组装的日光温室示意图；

图中的标记表示：1、日光温室相变蓄热保温骨架材料，2、无机相变混合材料，3、前墙，4、后墙；

图2为实施例1的日光温室相变蓄热保温骨架材料的横截面示意图；

图3为实施例的日光温室相变蓄热保温骨架材料中相变材料(配比-1)的DSC曲线图。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式

本实用新型的相变蓄热骨架材料的特点是，以建筑结构中的各种型材构件包裹以无机相变材料，无机相变材料存在于建筑中的各种型材构件的内部。

在建筑中的各种型材构件封装无机复合相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：按照不同的相变温度和潜热要求配制无机相变混合材料；

步骤二：将无机相变混合材料加热到超过其相变温度点的温度，然后让其变成液态；加热的温度随不同的无机相变复合配方而不同，加热过程中充分搅拌，使其成为该混合无机相变材料的饱和溶液；

步骤三：利用管道将充分溶解的无机相变材料的饱和溶液灌入各种型材构 件中。

步骤四：对各种型材构件进行焊接封装；并按照温室日光温室的采光面设计方案是结构进行组装。

本实用新型的无机相变混合材料可选用Na₂SO₄·10H₂O、Na₂HPO₄·12H₂O和CaCl₂·6H₂O组成的混合材料，其中：

Na₂SO₄·10H₂O体系具有价廉，高储热密度和适宜熔解温度等优点，缺点是在相变过程中存在相分离现象。研究表明，Na₂SO₄·10H₂O在1000次相变循环后，其熔解热降低达73％。升温过程中Na₂SO₄·10H₂O有明显的相变点,相变温度为33℃左右。但降温过程中则没有明显的相变温度点,这不是说降温过程中不存在相变,正是由于液固相变,有大量白色沉淀物析出,溶液出现明显的固液分层现象,而温度计所测的位置没有达到固相中,测得的只是脱出的结晶水随温度变化的曲线,因此，也就不能反映出Na₂SO₄·10H₂O降温时的真实相变情况。

Na₂HPO₄·12H₂O体系的升温曲线和降温曲线，升温过程中相变温度明显,为35.2℃,降温过程中没有发现分层现象,但过冷现象严重,过冷度为8.5℃左右,

CaCl₂·6H₂O的相变温度约在26℃～29℃，熔解热为190kJ/k_g，不易分解，价格低，易得，安全无毒。CaCl₂·6H₂O具有良好的储热节能和除湿效果，但同时发现CaCl₂·6H₂O有严重的过冷问题(其过冷度达20℃)和对湿度的敏感性，对应用不利。

申请人采用上述两个体系的复合进行了研究，采用了两个体系的复合配方，即9％的Na₂SO₄·10H₂O+70％的Na₂HPO₄·12H₂O+9％的CaCl₂·6H₂O+1％的硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)+1％的CMC混合，配置成新的无机相变混合材料。

研究表明,两个体系各自存在的分层现象基本消失，虽然仍然存在一定的过冷现象，但其相变温度复合建筑内部对环境控制的实际需求，因此在一定程度上是有利的。重复实验结果表明该复合体系重复性好,相变温度稳定。

实施例：

参见图1和图2，本实施例采用日光温室相变蓄热骨架材料制成常规的日光温室，包括前墙3和后墙4，在前墙3和后墙4上有日光温室相变蓄热骨架材料1所制备的日光温室采光面，在日光温室相变蓄热骨架材料1中封装有无机相变混合材料2。

本实施例中，日光温室相变蓄热骨架材料用量约占日光温室采光面的8％～10％，例如，制备面积为900m²的温室采光面，其日光温室相变蓄热骨架材料使用量所占温室采光面的面积约为72～90m²。

该实施例的日光温室相变蓄热骨架材料的制备方法如下：

步骤一：按质量比取19％的Na₂SO₄·10H₂O+70％的Na₂HPO₄·12H₂O+9％的CaCl₂·6H₂O+1％的硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)+1％的CMC混合；配置成无机相变混合材料(以下称为配比-1)；

步骤二：将步骤一的配比-1加热到70摄氏度，让其变成液态；加热的温度随不同的无机相变复合配方而不同，加热过程中充分搅拌，使其成饱和溶液；

步骤三：利用液体包装机将饱和溶液用聚乙烯材料封装，在封装的过程中需按照不同的建筑型材构件空腔大小来调整封装的大小，一般为每包300g～500g左右；

步骤四：将封装的无机相变混合材料放入建筑中的各种型材构件的空腔内，对型材构件进行封装并密封，然后可以按照一般的施工进行日光温室采光面的制作。

通过试验，该无机相变混合材料的性能由图3的DSC曲线表示：

从DSC曲线可以知道(采用仪器:DSC Q1000V9.0Build 275)，当外界温度升高时，该无机相变混合材料从18.06℃开始大量吸热，在32.01℃达到吸热的峰值，该阶段的吸热达到了121.4J/g；从32.01℃之后在到达43℃之前，该无机相变混合材料的吸热速度开始减慢，到43℃之后，该无机相变混合材料处于保存能量阶段，吸热趋于平缓。

当外界温度降低时，该无机相变混合材料从10℃开始大量放热，在6℃左右达到放热的峰值，该阶段的放热达到了126.4J/g；从5.85℃之后，该无机相变混合材料的放热速度开始减慢，放热趋于平缓。

从该实施例的温室采光面中的无机相变混合材料的蓄热分析，按照西安地区的日照强度来计算约为400～600MJ。

相变骨架太阳能截获率分析：

以常用的温室骨架间距1.0为基准计算，得到在正午时段，太阳能的截获率为4％。其他时段相变骨架的太阳能截获率为14.4％。

按照陕西所处地区的太阳能辐射总量来计算，每榀相变骨架每年约截获太阳能为720MJ，约合24.5kg标准煤。按照每个标准温室80榀骨架计算，每栋年温室节约能源57600MJ，1960kg标准煤。以陕西省设施面积265万亩计算，约合标准煤500万吨标准煤。因此本实用新型的温室相变骨架极具温室结构和环保的发展潜力，极具推广价值。

Claims (1)

1.一种日光温室相变蓄热保温骨架，该日光温室相变蓄热保温骨架的形状是建筑中的各种型材构件，其特征在于，在型材构件内封装有无机相变混合材料；所述的无机相变混合材料用聚乙烯材料封装成包，每包300g～500g。