CN208996328U - 一种定型相变与内嵌管式通风屋面 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于建筑节能技术领域，公开了一种定型相变与内嵌管式通风屋面，该屋面包括同时具有相变材料层和内嵌管式通风管道的屋面层，以及进风口和出风口，其中，风口设置有电动风阀和风机，风机用于向通风管道输送室外空气，电动风阀用于切换室外空气与内嵌管式通风管道连通与非连通的状态。本实用新型与现有传统屋面系统相比，能有效解决夏季白天有效隔热和夜间的有效排热问题，并能利用夜间凉风进行蓄冷，实现夏季近零能耗的屋面结构。本实用新型与现有类似相变通风砖相比，通过屋面结构的改进，使相变通风屋面在不同气候地区实现最优的隔热性能。

Description

一种定型相变与内嵌管式通风屋面

技术领域

本实用新型属于建筑节能技术领域，更具体地，涉及一种定型相变与内嵌管式通风屋面，能够大幅减少夏季通过屋顶进入室内的太阳辐射得热，并储存夜间通风冷量，从而改善室内热环境，降低空调冷负荷。

背景技术

我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消耗量中所占比例已从1978年的10％上升到2016年的33％，其中，用于暖通空调的能耗达到建筑总能耗的65％左右，是建筑能耗的重要组成部分，实用新型一种在能够提高室内人员热舒适并降低空调峰值负荷和能耗的技术具有很大的应用前景。空调冷负荷主要由围护结构、空气渗透和室内热扰组成，其中围护结构可控性最高，提高其保温隔热性能是降低建筑物耗冷量的最有效途径，而屋面由于直接接收太阳辐射得热，传热量往往大于任何一面外墙，在我国北方地区，夏季作用于屋面的室外空气综合温度最高可达到60℃以上，南方地区最高可达到70℃以上，如此高的屋面外表面温度导致空调负荷巨大，且导致内表面温度过高，影响了室内的热舒适性，因此改善屋面的隔热性能对降低空调能耗和提高室内热舒适至关重要。

现有屋面节能技术多以降低传热系数为主要机制，通过添加轻质保温材料有效增加热阻，减小温差传热，但该方法蓄热能力小，难以有效衰减室外温度波。重质结构可有效衰减室外温度波，但导热系数大，温差控制能力差，且要增加承重负荷。相变屋面也有其局限性，单纯的相变屋面在白天能通过融化吸收太阳辐射得热防止屋面内表面温度过高，但夜间相变材料凝固放热时，白天所蓄的热量将有一部分毫无保留地直接传递至室内，增加了空调能耗并且降低室内的热舒适性。

针对这一现状，开发新型节能屋面并研究该结构的传热特性和节能潜力，实现屋面在夏季全天的有效隔热，对建筑节能具有重要的现实意义，也是建设资源节约型与环境友好型社会的迫切需求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种定型相变与内嵌管式通风屋面，其中通过在屋面系统内增加定型相变材料层和通风管道，对系统内各个关键组件的设置方式、彼此的连接关系及相应的工作方式等进行设计，在利用相变材料的蓄热特性、大幅减少通过屋顶的太阳辐射得热的基础上，利用电动风阀等对通风管道进行选择性通风，如夜间通风等，可避免夜间由相变材料释放的热量传递至室内，并可以充分利用夜间凉风的冷量对混凝土屋面和相变材料进行蓄冷，能够使屋面内表面温度在夏季的全天维持在较低水平，从而降低顶层房间的空调峰值负荷和全天总负荷，从而可以减小空调设备的选型而节约初投资，并能节省空调能耗。本实用新型与现有传统屋面系统相比，能有效解决夏季白天有效隔热和夜间的有效排热问题，并能进行夜间蓄冷，实现夏季的近零能耗屋面结构。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，包括同时具有相变材料层(9)和内嵌管式通风管道(6)的屋面层，以及位于该屋面层上的进风口和出风口，其中，所述相变材料层(9)位于所述内嵌管式通风管道(6)的上方，所述相变材料层(9)用于吸收热量发生相变或者用于相变释放出热量；

所述进风口和所述出风口的一端均设置于室外，另一端均用于与所述内嵌管式通风管道(6)相连，所述进风口上设置有电动风阀(3)和风机(4)，所述出风口上也设置有电动风阀(3)，所述风机(4)用于向所述内嵌管式通风管道(6)输送室外空气，所述电动风阀(3)用于切换所述进风口和所述出风口所处位置的室外空气与所述内嵌管式通风管道(6)连通与非连通的状态，从而切换室外空气是否进入所述内嵌管式通风管道(6)的状态。

作为本实用新型的进一步优选，所述屋面层还包括找坡层(7)、找平层(8)、防水层(10)和保护层(11)，该屋面层自上而下依次包括所述保护层(11)、所述防水层(10)、所述相变材料层(9)、所述找平层(8)、所述找坡层(7)及所述内嵌管式通风管道(6)；

所述内嵌管式通风管道(6)为预埋的通风管道或者为预制混凝土空心板的空腔。

作为本实用新型的进一步优选，所述定型相变与内嵌管式通风屋面包括若干个通风单元，任意一个所述通风单元均包括一个所述进风口、一个所述出风口和若干个所述内嵌管式通风管道(6)；这若干个所述内嵌管式通风管道(6)包括8～10个在混凝土板内预埋的圆形直管风道，任意一个风道的半径等于同厚度预制混凝土空心板的空腔半径；任意一个所述通风单元的宽度为1m，长度为7-11m，这些圆形直管风道彼此串联和/或串联，由此构成若干个所述内嵌管式通风管道(6)。

作为本实用新型的进一步优选，所述定型相变与内嵌管式通风屋面包括若干个通风单元，任意一个所述通风单元均包括一个所述进风口、一个所述出风口和若干个所述内嵌管式通风管道(6)；这若干个所述内嵌管式通风管道(6)为预制混凝土空心板的空腔，并具体对应于4块预制混凝土空心板的空腔；所述通风单元的宽度为单一预制混凝土空心板宽度的2倍，长度为单一预制混凝土空心板长度的2倍。

作为本实用新型的进一步优选，在任意一个所述通风单元的若干个所述内嵌管式通风管道(6)的中间断面的底部还设置有一个温度传感器，该温度传感器即为第一温度传感器(12)，该温度传感器用于测量这若干个所述内嵌管式通风管道(6)底端的平均温度；

在所述定型相变与内嵌管式通风屋面上方的室外区域还设置有第二温度器传感器，该第二温度传感器用于检测室外空气干球温度；所述第一温度传感器(12)和所述第二温度器传感器均与所述电动风阀(3)和所述风机(4)相连，所述电动风阀(3)根据所述第一温度传感器(12)与所述第二温度器传感器检测得到的温度值切换开关状态，所述风机(4)则根据所述第一温度传感器(12)与所述第二温度器传感器检测得到的温度值切换运行与非运行的状态。

作为本实用新型的进一步优选，所述进风口上还设置有防雨百叶(1)和空气过滤器(2)，所述防雨百叶(1)用于遮挡室外雨水，所述空气过滤器(2)用于过渡室外空气中的灰尘，室外空气用于依次经过所述防雨百叶(1)、所述空气过滤器(2)、所述电动风阀(3)和所述风机(4)进入所述内嵌管式通风管道(6)中；

所述出风口上也设置有用于遮挡室外雨水的防雨百叶(1)；

所述屋面层中具有多个所述内嵌管式通风管道(6)，所述进风口上还设置有导流叶片(5)，所述导流叶片(5)位于所述风机(4)的后端，所述导流叶片(5)配合所述风机(4)用于向这些内嵌管式通风管道(6)中均匀的输送室外空气。

作为本实用新型的进一步优选，对于所述进风口和所述出风口设置于室外的一端，它们的开口方向均朝向屋面内侧并与水平面平行。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于在屋面系统内增加定型相变材料层和通风管道，得到的屋面层结构用于增强屋顶的隔热效果，降低屋顶内表面温度峰值，减少传入室内的热量，同时起到排水、承重等屋面的基本作用。本实用新型在利用相变材料的蓄热特性、大幅减少通过屋顶的太阳辐射得热的基础上，利用电动风阀等对通风管道进行选择性通风，如夜间通风等，可避免夜间由相变材料释放的热量传递至室内，并可以充分利用夜间凉风的冷量对混凝土屋面和相变材料进行蓄冷，能够使屋面内表面温度在夏季的全天维持在较低水平，从而降低顶层房间的空调峰值负荷和全天总负荷，从而可以减小空调设备的选型而节约初投资，并能节省空调能耗。

传统相变材料层的相变材料能在恒定的温度区间利用相变时物态发生变化进行吸热或放热，可以大大增强屋面的隔热能力。利用相变材料制作成定型板材敷设在屋顶表面，日间通过相变吸收太阳辐射得热，同时保持屋面温度基本恒定，可大幅降低屋顶表面温度峰值，减少传入室内的热量；夜间，室外环境温度下降，相变材料将白天吸收的室外热量部分通过与室外空气对流换热和天空长波辐射换热放至室外，部分通过导热传至混凝土楼板，当温度降低到液相温度后，相变材料逐步由液态变为固态。但在相变材料凝固放热的过程中，部分热量会向下传入室内，形成冷负荷。针对这一问题，用内嵌管式通风板，使室外凉风在风机驱动下通入空心板空腔，通过与楼板对流换热，将屋面蓄热和相变凝固放热排至室外，既增强了相变材料的凝固放热，又实现整个屋面的充分蓄冷，有效改善室内热环境，降低空调能耗。

本实用新型可以根据室外温度与室内温度(尤其是屋面内部的温度，如内嵌管式通风管道底端的平均温度等)来控制电动风阀与风机的开关状态。例如，当室外温度较高(如夏季白天)，相变材料层会吸收热量发生相变，此时电动风阀和风机均处于关闭的状态；当室外温度降低(如夏季夜晚)，相变材料层会相变释放出热量，此时电动风阀和风机均处于开启的状态，可将室外冷风均匀地引入通风管道，利用流动的冷空气排出相变材料由液态凝固成固态时所放出的热量，避免这些热量传递至室内。当电动风阀均打开(即室外空气与内嵌管式通风管道处于连通状态)、风机运行时，室外空气能够由进风口进入内嵌管式通风管道内，与管道壁面换热后，经由出风口排出至室外。本实用新型利用进风口相关组件设置可在夜间时将冷风均匀地引入通风管道，利用流动的冷空气排出相变材料由液态凝固成固态时所放出的热量，避免这些热量传递至室内。

除了根据室内外温度来控制电动风阀与风机的开关状态外，本实用新型还可以根据不同气候地区的特点，给出全国主要气候地区各种气候类型下相应的相变温度范围、相变层厚度及通风策略；通过对相变温度、相变层厚度和通风速度进行优选设置，得到最佳相变温度、最适宜厚度以及最佳通风速度，可以使房间的夏季空调负荷最小。相变温度范围对相变屋面的热工性能有较大影响，若相变温度偏低，则室外温度低于凝固温度的时间较少，夜晚放热较差，存在夜间凝固不充分的情况；若相变温度较高，则室外温度高于融化温度的时间较少，白天吸热较差，存在白天融化不充分的情况。最适宜的相变温度就是能够在相变材料白天吸热和夜间放热之间找到一个平衡点，提高相变材料的潜热利用率。本实用新型通过研究得到不同地区的最适宜相变温度范围。例如，武汉地区采用36至38℃的最佳相变温度时，相变材料的平均潜热利用率高达96％，相变屋面的衰减系数为0.033，与非相变屋面0.232的衰减系数相比，降低了85.78％；广州地区采用34～36℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.028，与非相变屋面的0.23相比，降低了87.82％；北京地区采用34～36℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.03，与非相变屋面的0.233相比，降低了87.12％；哈尔滨地区采用31～33℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.033，与非相变屋面的0.234相比，降低了85.9％；昆明地区采用29～31℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.026，与非相变屋面的0.232相比，降低了88.79％。

进一步的，由于相变材料覆盖在通风层的上部，当白天温度较高时升温融化吸收多余的热量，所以相变材料的厚度，即相变材料的可用潜热量的多少会影响相变屋面的热工性能：如果相变材料过少，可用的潜热量不够吸收室外多余的热量，则对相变屋面热工性能的影响较大，不能有效的降低屋面内表面的温度；如果相变材料过多，则其潜热量的利用率变小，降低经济性。本实用新型在最佳相变温度范围基础上通过研究得到不同地区相变层的最适宜厚度。例如，相变层在武汉地区采用30mm的最适宜厚度时，相变材料的平均潜热利用率高达96％，相变屋面的衰减系数为0.033，延迟时间为8h，比其他厚度的延迟时间更长，衰减系数更低，此时优化屋面热工性能的效果和经济性最佳。

进一步的，相变通风屋面的热工性能不但受相变材料热物性的影响，当夜间室外空气温度较低时，向预制混凝土空心楼板中通入冷风，其带走的热量对相变材料的放热以及降低屋面内表面的温度都有很大影响。本实用新型通过研究得到不同地区的最适宜通风速度。例如，武汉地区采用2.5m/s的最适宜通风速度时，屋面的内表面最高温度一般出现在夜间22～23h，相比不通风工况屋面的延迟时间增加了4～5h，且屋面内表面的平均温度趋于30℃，降低了4.3℃，相变材料的潜热利用率趋近于99％，极大提高了屋面的热工性能。

可见，相较于现有技术中的相变通风砖，本实用新型利用屋面结构的改进、相变材料热物性的设计和通风策略的优化等的综合作用，使该定型相变与内嵌管式通风屋面在不同气候地区均能够实现最优的蓄热性能。

另一方面，本实用新型优选采用模块式设计，屋面结构的通风系统可以分为若干单元，每个通风单元有一套单独的送排风系统，包含一个入风口、若干通风管道和一个出风口，进风口部分与出风口部分相对应。白天在建筑屋面结构尚未形成冷负荷前将热量存储于相变材料并保持屋面温度基本不变，在夜间充分利用免费的自然室外凉风通过内嵌管式通风板将相变材料凝固放热带走并充分蓄冷，可防止热量直接进入室内，该屋面结构大大削弱室外气候对室内环境的影响，大幅降低了围护结构内壁面温度波动，提高了室内热舒适性，有效解决屋面传热量大的问题。

除了根据不同气候地区的特点直接设置定型相变与内嵌管式通风屋面在夏季时的开始通风时间以及具体通风时长外，本实用新型还可以根据温度来判别是否进行通风。本实用新型优选将第一温度传感器设置于一个通风单元内的内嵌管式通风管道的中间断面的底部。当夜间第一温度传感器测得的风道中段下表面温度高于第二温度传感器测得的室外空气干球温度时，开启风机，并同时打开进风口部分和出风口部分的电动风阀，开启整个风道。当第一温度传感器温度低于第二温度传感器温度达到一定值时(可预先设定，如0或2℃)，室外温度较高，相变材料处于吸热状态，控制关闭风机，并关闭进风口部分和出风口部分的电动风阀，使风道内的空气处于停滞流通的状态，可以增大整个屋面的热阻，防止过多的热量传递到室内。风机还可根据不同的气候区将风道内的风速调至适宜风速。若将第一温度传感器安装于风道的入口段，空腔内空气沿气流方向吸收热量后升温，对后段空腔表面起到加热作用，不利于热量的排出；若将第一温度传感器安装于风道的出口段，则通风时间较短，夜间凉风冷量没有得到充分利用，此时相变材料尚未完全凝固，仍有余热未排出，潜热利用率低。风机和电动风阀优选与第一温度传感器和第二温度传感器相连，当第二温度传感器温度低于第一温度传感器温度达到一定值时(可预先设定，如0或2℃)，则控制风机和电动风阀同时开启，否则关闭。第二温度器与第一温度器共同控制风机和电动风阀的启停状态。风机和电动风阀的运行状态同步切换。

本实用新型优选通过防雨百叶和空气过滤器过滤空气中的雨水和灰尘，防止堵塞风道，空气经导流叶片后均匀地输送到各个风道中，包含导流叶片的空气通道可起到静压箱的作用，稳定气流并减小气流震动，使送风效果更理想。风机还可以配套安装有减震层，防止风机运行产生的噪声传至室内。

综上，本实用新型中定型相变与内嵌管式通风屋面是一种隔热蓄冷结构，该屋面能够充分利用免费的自然能源大大削弱室外气候对室内环境的影响，在室外环境作用于建筑屋面结构尚未形成冷负荷前将热量存储于相变材料，在夜间利用室外凉风及天空长波辐射将冷凝放热量散到室外，同时对屋面结构蓄冷，大大降低了传热室内热量，降低甚至消除屋面的冷负荷，同时大幅减少了围护结构内壁面温度变化，提高了室内热舒适性。可促进自然能源在建筑节能减排中的应用。

附图说明

图1为本实用新型一种定型相变与内嵌管式通风屋面的结构示意图。

图2为本实用新型一种定型相变与内嵌管式通风屋面A-A截面图。

图3为本实用新型一种定型相变与内嵌管式通风屋面在实例应用中的俯视图。

图中各附图标记的含义如下：1为防雨百叶，2为空气过滤器，3为电动风阀，4为风机，5为导流叶片，6为内嵌管式通风板层(即内嵌管式通风管道)，7为找坡层，8为找平层，9为相变材料层，10为防水层，11为保护层，12为第一温度传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型中定型相变与内嵌管式通风屋面，该屋面属于水平屋面，其主要包含内嵌管式通风板层(6)和相变材料层(9)，以及与之相配置的进风口结构和出风口结构。内嵌管式通风板层(6)和相变材料层(9)属于屋面结构。各组件可以具体设置如下：

进风口部分用于夜间将冷风均匀地引入通风管道，利用流动的冷空气排出相变材料由液态凝固成固态时所放出的热量，避免这些热量传递至室内。入风口(即进风口)部分可包括：防雨百叶1，空气过滤器2，电动风阀3，风机4，导流叶片5。其中风机4用于给夜间冷空气的流动提供动力，并可选通过防雨百叶1和空气过滤器2过滤空气中的雨水和灰尘，防止堵塞风道，空气优选经导流叶片5后均匀地输送到各个风道中，包含导流叶片的空气通道可起到静压箱的作用，稳定气流并减小气流震动，使送风效果更理想。风机4可配套安装有减震层，防止风机运行产生的噪声传至室内。

屋面结构部分用于增强屋顶的隔热效果，降低屋顶内表面温度峰值，减少传入室内的热量，同时起到排水、承重等屋面的基本作用。屋面结构部分可包括内嵌管式通风板6、相变材料层9，同时还可包括屋面常规结构，如找坡层7、找平层8、防水层10、保护层11(如图1所示，相变材料层9可以位于屋面结构的中间，即位于屋面常规结构的中部)。内嵌管式通风板6可以由两种方式实现，在现浇屋面板内预埋通风管道或直接利用预制混凝土空心板的空腔进行夏季夜间通风。

屋面结构的通风系统可以分为若干单元，每个通风单元有一套单独的送排风系统，包含一个入风口、若干通风管道和一个出风口。

当采用现浇屋面板内预埋通风管道时，可根据屋面实际尺寸，设计为若干个送风单元，每个送风单元的宽度可以为1m，长度可以为7-11m，可包含8-10根圆形直管风道，任意一个风道的半径等于同厚度预制混凝土空心板的空腔半径，埋管形式可为串联和并联。本实用新型以并联为例，入风口与单元内多根预埋风管相连，在风机和导流叶片的作用下使夜间冷空气均匀地进入各个风道，换热后经出风口排出室外。采用预制混凝土空心板时，根据预制混凝土空心板数量，可以设计为若干个送风单元，每个送风单元例如可以包含4个预制混凝土空心板，单元的宽度为单一混凝土空心板宽度的2倍，单元的长度为单一混凝土空心板长度的2倍，预制混凝土空腔作为风道(预制混凝土空心板的空腔半径已预先确定)，单个入风口与预制板内多个空腔相连，并优选利用导流叶片使夜间冷空气均匀地进入风道，经出风口排出室外。

相变材料层9的相变材料能在恒定的温度区间利用相变时物态发生变化进行吸热或放热，从而大大增强屋面的隔热能力。现有技术中利用相变材料制作成定型板材敷设在屋顶表面，日间通过相变吸收太阳辐射得热，同时保持屋面温度基本恒定，可大幅降低屋顶表面温度峰值，减少传入室内的热量；夜间，室外环境温度下降，相变材料将白天吸收的室外热量部分通过与室外空气对流换热和天空长波辐射换热放至室外，但仍有部分热量会通过导热传至混凝土楼板。而当温度降低到液相温度后，相变材料逐步由液态变为固态。由于在相变材料凝固放热的过程中，部分热量会向下传入室内，形成冷负荷。而针对这一问题，本实用新型采用内嵌管式通风板，使室外凉风在风机驱动下通入空心板空腔，通过与楼板对流换热，将屋面蓄热和相变凝固放热排至室外，既增强了相变材料的凝固放热，又实现整个屋面的充分蓄冷，有效改善室内热环境，降低空调能耗。

出风口部分用于将经风道换热后的空气排至室外，可以由防雨百叶1和电动风阀3构成。

本实用新型可以采用石蜡作为相变材料，采用高分子聚乙烯作为载体支撑材料，二者混合制成定型相变材料，该定型相变材料可保证石蜡在发生相变前后形状不变，在宏观上仍保持其固体形状。

优选的，内嵌管式通风板的风道内还设置有第一温度传感器12，该温度传感器安装于风道的中间断面的底部，用于检测混凝土屋面板通风道底部的平均温度，并且单个入风口可优选对应一个温度传感器。

第一温度传感器12优选设置在风道的中间断面的底部。若将第一温度传感器安装于风道的入口段，空腔内空气沿气流方向吸收热量后升温，对后段空腔表面起到加热作用，不利于热量的排出；若将第一温度传感器安装于风道的出口段，则通风时间较短，夜间凉风冷量没有得到充分利用，此时相变材料尚未完全凝固，仍有余热未排出，潜热利用率低。

优选的，屋顶上方的室外区域设置有第二温度器传感器，该第二温度传感器用于检测室外空气干球温度；风机4和电动风阀3与第一温度传感器和第二温度传感器相连，当第二温度传感器温度低于第一温度传感器温度达到一定值时(可预先设定，如0或2℃)，则控制风机4和电动风阀3同时开启，否则关闭。

第二温度器与第一温度器共同控制风机4和电动风阀3的启停状态。风机4和电动风阀3的运行状态同步切换。

优选的，屋面结构的通风系统可以分为若干单元，每个通风单元有一套单独的送排风系统，包含一个入风口、若干通风管道和一个出风口，进风口部分与出风口部分相对应。

优选的，进风口和出风口的开口方向(即，端面法线方向)朝向屋面内侧并与地面平行，可防止雨水直接进入通道，同时保持屋面的美观。

优选的，内嵌管式通风板5的风道可进行并联连接。当内嵌管式通风板5为预制混凝土空心板时，单个预制混凝土空心板一般有五个空腔，则空气从进风口流入，经导流叶片分流后均匀地进入五个空腔，吸收相变材料凝固放出的热量后由出风口排出。

优选的，在进风口末端与风道入口的连接处，开一个边长小于等于圆形风道直径的方形口，具体开口方式可以如图2所示。

该相变通风屋面同时受到室内外环境、管道内气流温度及速度等外扰作用，其传热特性由所采用材料的热特性及构造共同决定。

上述定型相变与内嵌管式通风屋面尤其适用于在夏季发挥作用，相应的其控制方法可以如下：当夜间(如夏季夜间时)第一温度传感器测得的风道中段下表面温度高于第二温度传感器测得的室外空气干球温度时，开启风机，并同时打开进风口部分和出风口部分的电动风阀，开启整个风道。此时如上文所分析的，可以根据不同的气候区将风道内的风速调至适宜风速。当第一温度传感器温度低于第二温度传感器温度达到一定值时(可预先设定，如0或2℃)，室外温度较高，相变材料处于吸热状态，控制关闭风机，并关闭进风口部分和出风口部分的电动风阀，使风道内的空气处于停滞流通的状态，可以增大整个屋面的热阻，防止过多的热量传递到室内。而当例如处于冬季时，风机及电动风阀可处于常关的状态。

以下为具体实施例：

实施例1

如图1所示，本实用新型适用于定型相变与内嵌管式通风屋面系统，包括有防雨百叶1、空气过滤器2、电动风阀3、风机4、导流叶片5、内嵌管式通风板6、相变材料层9。利用相变材料的特性吸收室外传递到屋面的热量，并通过通风板排出相变材料的蓄热，从而降低屋面内表面温度，改善室内热环境。在其中一个风道的中间段底部安装第一温度传感器，在屋面上方安装第二温度传感器。进风口与出风口的开口朝向屋面内侧。

如图2所示，安装导流叶片，将进风口吸入的夜间冷空气均匀地送到多个风道(如五个风道)内。在进风口末端与风道入口的连接处，开一个边长不超过风道直径的方形口，且含有导流叶片部分的空气通道的宽度与圆形风道直径相等。

整个屋面系统由若干个单元构成，例如当屋面采用预制混凝土空心板时，可分单元进行设置；每个通风单元有一套单独的送排风系统，包含一个入风口、若干通风管道和一个出风口。例如，每个单元可以包含4个预制混凝土空心板，这4个预制混凝土空心板可以分别沿预制混凝土空心板的长度方向和宽度方向分别延伸一倍，即单元整体宽度为单一混凝土空心板宽度的2倍，单元整体长度为单一混凝土空心板长度的2倍，预制混凝土空腔作为风道，单个入风口与预制板内多个空腔相连，利用导流叶片使夜间冷空气均匀地进入风道，经出风口排出室外。

例如，长为19.2m，宽为14.4m的屋面采用定型相变与内嵌管式通风屋面，其内嵌管式通风屋面采用混凝土空心板。则该屋面由32个单元构成，其排列方式如图3所示(图3中的箭头方向为预制混凝土空腔内的风向方向示意)。

相应的控制方法可以为，夏季时，当夜间第二温度传感器测得的室外空气干球温度低于第一温度传感器测得的风道中间断面下表面温度时，开启风机，并同时打开进风口部分和出风口部分的电动风阀，开启整个风道。此时根据不同的气候区将风道内的风速调至适宜风速(如夏热冬冷地区的适宜风速为2.5m/s)。当第二温度传感器测得的室外空气干球温度高于第一温度传感器测得的风道中间断面下表面温度时，室外空气温度较高，控制关闭风机，并关闭进风口部分和出风口部分的电动风阀，使风道内的空气处于停滞流通的状态，可以增大整个屋面的热阻，防止过多的热量传递到室内。而当例如处于冬季时，风机及电动风阀可处于常关的状态。

相变温度范围对相变屋面的热工性能有较大影响，若相变温度偏低，则室外温度低于凝固温度的时间较少，夜晚放热较差，存在夜间凝固不充分的情况；若相变温度较高，则室外温度高于融化温度的时间较少，白天吸热较差，存在白天融化不充分的情况。最适宜的相变温度就是能够在相变材料白天吸热和夜间放热之间找到一个平衡点，提高相变材料的潜热利用率。本实用新型通过进一步研究得到不同地区的最适宜相变温度范围。根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-2016)，我国热工设计划分5个气候区，分别为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。在以昆明为代表的温和地区(温和地区最冷月平均温度0～13℃，最热月平均温度18～25℃)，相变温度范围为29至31℃；在以广州为代表的夏热冬暖地区(夏热冬暖地区最冷月平均温度大于10℃，最热月平均温度25～29℃)，相变温度范围为34至36℃；在以武汉为代表的夏热冬冷地区(夏热冬冷地区最冷月平均温度0～10℃，最热月平均温度25～30℃)，相变温度范围为36至38℃；在以北京为代表的寒冷地区(寒冷地区最冷月平均温度0～-10℃)，相变温度范围为34至36℃；在以哈尔滨为代表的严寒地区(严寒地区最冷月平均温度小于-10℃)，相变温度范围为31至33℃。例如，武汉地区采用36至38℃的最佳相变温度时，相变材料的平均潜热利用率高达96％，相变屋面的衰减系数为0.033，与非相变屋面0.232的衰减系数相比，降低了85.78％；广州地区采用34～36℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.028，与非相变屋面的0.23相比，降低了87.82％；北京地区采用34～36℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.03，与非相变屋面的0.233相比，降低了87.12％；哈尔滨地区采用31～33℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.033，与非相变屋面的0.234相比，降低了85.9％；昆明地区采用29～31℃的最佳相变温度时，相变屋面的衰减系数为0.026，与非相变屋面的0.232相比，降低了88.79％。

本实用新型中，相变材料的相变温度的调整可以直接参照现有技术，选择具有相应相变温度的材料。

相变材料覆盖在通风屋面的内部，白天温度较高时升温融化吸收多余的热量，所以相变材料的厚度，即相变材料的可用潜热量的多少会影响相变屋面的热工性能：如果相变材料过少，可用的潜热量不够吸收室外多余的热量，则对相变屋面热工性能的影响较大，不能有效的降低屋面内表面的温度；如果相变材料过多，则其潜热量的利用率变小，降低经济性。本实用新型上述最佳相变温度范围基础上，通过进一步研究得到不同地区相变层的最适宜厚度，在以昆明为代表的温和地区，相变温度范围为29至31℃时，相变材料适宜厚度为25mm；在以广州为代表的夏热冬暖地区，相变温度范围为34至36℃时，相变材料适宜厚度为30mm；在以武汉为代表的夏热冬冷地区，相变温度范围为36至38℃时，相变材料适宜厚度为35mm；在以北京为代表的寒冷地区，相变温度范围为34至36℃时，相变材料适宜厚度为30mm；在以哈尔滨为代表的严寒地区，相变温度范围为31至33℃时，相变材料适宜厚度为30mm。例如，相变层在武汉地区采用35mm的最适宜厚度时，相变材料的平均潜热利用率高达96％，相变屋面的衰减系数为0.033，延迟时间为8h，比其他厚度的延迟时间更长，此时优化屋面热工性能的效果和经济性最佳。

相变通风屋面的热工性能不但受相变材料热物性的影响，当夜间室外空气温度较低时，向预制混凝土空心楼板中通入冷风，其带走的热量对相变材料的放热以及降低屋面内表面的温度都有很大影响。本实用新型通过研究得到不同地区的最适宜通风速度，在以昆明为代表的温和地区，最适宜通风风速为1.8m/s，开始通风时间为日出时间后的第6～7h(即北京时间BJT 13:00～14:00)，通风时长为16～17h(通风时长是以开始通风时间为起始点计算的通风全程时长)；在以广州为代表的夏热冬暖地区，最适宜通风风速为2.3m/s，开始通风时间为日出时间后的第14～15h(即北京时间BJT20:00～21:00)，通风时长为9～11h；在以武汉为代表的夏热冬冷地区，最适宜通风风速为2.5m/s，开始通风时间为日出时间后的16～17h(即北京时间BJT 22:00～23:00)，通风时长为6～8h；在以北京为代表的寒冷地区，最适宜通风风速为2.0m/s，开始通风时间为日出时间后的13～14h(即北京时间BJT19:00～20:00)，通风时长为11～12h；在以哈尔滨为代表的严寒地区，最适宜通风风速为1.9m/s，开始通风时间为日出时间后的13～14h(即北京时间BJT 18:00～19:00)，通风时长为13～15h。例如，武汉地区采用2.5m/s的最适宜通风速度时，屋面的最高温度一般出现在夜间22～23h，相比不通风工况屋面的延迟时间增加了4～5h，且屋面内表面的平均温度趋于30℃，相变材料的潜热利用率趋近于99％，极大提高了屋面的热工性能。

本实用新型中的相变材料层可采用现有技术中的已知材料；例如，相变材料层可以为定型在高密度聚乙烯支撑材料内的相变潜热满足200-250kJ/kg的石蜡相变材料层，该相变材料层其相变温度的调整，可以直接借鉴现有技术得到不同相变温度的相变材料(例如将高熔点固体相变石蜡和低熔点液体相变材料按一定的配比复配得到有合适相变温度的相变材料)。其具体定型过程可以是将石蜡和高密度聚乙烯熔融，然后在高于高密度聚乙烯熔点的温度下按一定质量比例将二者混合后，让混合物冷却，形成特定相变温度范围及相变层厚度的定型相变材料。另外，比较第一温度传感器12与第二温度器传感器两者检测得到的温度值，可直接采用现有技术中的比较器组件，减少人工管理的成本。

本实用新型中的衰减系数和延迟时间满足本领域的常规定义，可作为评价屋面热工性能的指标。例如，围护结构的衰减系数为围护结构内表面温度波幅与外表面温度波幅的比值，温度波幅即逐时温度的最高温度与最低温度之差；衰减系统可以反映围护结构内表面温度受外气温影响的幅度。又例如，围护结构的延迟时间为其内表面最高温度(或最低温度)出现的时间与外表面最高温度(或最低温度)出现的时间差值，延迟时间越长，则围护结构内表面温度越晚受到室外空气温度波动的影响。

本实用新型中夏热冬暖地区、夏热冬冷地区等地区的划分满足气候上的常规划分，划分原则例如可参见《民用建筑热工设计规范》(GB50176-2016)。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，包括同时具有相变材料层(9)和内嵌管式通风管道(6)的屋面层，以及位于该屋面层上的进风口和出风口，其中，所述相变材料层(9)位于所述内嵌管式通风管道(6)的上方，所述相变材料层(9)用于吸收热量发生相变或者用于相变释放出热量；

所述进风口和所述出风口的一端均设置于室外，另一端均用于与所述内嵌管式通风管道(6)相连，所述进风口上设置有电动风阀(3)和风机(4)，所述出风口上也设置有电动风阀(3)，所述风机(4)用于向所述内嵌管式通风管道(6)输送室外空气，所述电动风阀(3)用于切换所述进风口和所述出风口所处位置的室外空气与所述内嵌管式通风管道(6)连通与非连通的状态，从而切换室外空气是否进入所述内嵌管式通风管道(6)的状态。

2.如权利要求1所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，所述屋面层还包括找坡层(7)、找平层(8)、防水层(10)和保护层(11)，该屋面层自上而下依次包括所述保护层(11)、所述防水层(10)、所述相变材料层(9)、所述找平层(8)、所述找坡层(7)及所述内嵌管式通风管道(6)；

所述内嵌管式通风管道(6)为预埋的通风管道或者为预制混凝土空心板的空腔。

3.如权利要求1所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，所述定型相变与内嵌管式通风屋面包括若干个通风单元，任意一个所述通风单元均包括一个所述进风口、一个所述出风口和若干个所述内嵌管式通风管道(6)；这若干个所述内嵌管式通风管道(6)包括8～10个在混凝土板内预埋的圆形直管风道，任意一个风道的半径等于同厚度预制混凝土空心板的空腔半径；任意一个所述通风单元的宽度为1m，长度为7-11m，这些圆形直管风道彼此串联和/或串联，由此构成若干个所述内嵌管式通风管道(6)。

4.如权利要求1所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，所述定型相变与内嵌管式通风屋面包括若干个通风单元，任意一个所述通风单元均包括一个所述进风口、一个所述出风口和若干个所述内嵌管式通风管道(6)；这若干个所述内嵌管式通风管道(6)为预制混凝土空心板的空腔，并具体对应于4块预制混凝土空心板的空腔，所述通风单元的宽度为单一预制混凝土空心板宽度的2倍，长度为单一预制混凝土空心板长度的2倍。

5.如权利要求3或4所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，在任意一个所述通风单元的若干个所述内嵌管式通风管道(6)的中间断面的底部还设置有一个温度传感器，该温度传感器即为第一温度传感器(12)，该温度传感器用于测量这若干个所述内嵌管式通风管道(6)底端的平均温度；

在所述定型相变与内嵌管式通风屋面上方的室外区域还设置有第二温度器传感器，该第二温度传感器用于检测室外空气干球温度；所述第一温度传感器(12)和所述第二温度器传感器均与所述电动风阀(3)和所述风机(4)相连，所述电动风阀(3)根据所述第一温度传感器(12)与所述第二温度器传感器检测得到的温度值切换开关状态，所述风机(4)则根据所述第一温度传感器(12)与所述第二温度器传感器检测得到的温度值切换运行与非运行的状态。

6.如权利要求1所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，所述进风口上还设置有防雨百叶(1)和空气过滤器(2)，所述防雨百叶(1)用于遮挡室外雨水，所述空气过滤器(2)用于过渡室外空气中的灰尘，室外空气用于依次经过所述防雨百叶(1)、所述空气过滤器(2)、所述电动风阀(3)和所述风机(4)进入所述内嵌管式通风管道(6)中；

所述出风口上也设置有用于遮挡室外雨水的防雨百叶(1)；

所述屋面层中具有多个所述内嵌管式通风管道(6)，所述进风口上还设置有导流叶片(5)，所述导流叶片(5)位于所述风机(4)的后端，所述导流叶片(5)配合所述风机(4)用于向这些内嵌管式通风管道(6)中均匀的输送室外空气。

7.如权利要求1所述定型相变与内嵌管式通风屋面，其特征在于，对于所述进风口和所述出风口设置于室外的一端，它们的开口方向均朝向屋面内侧并与水平面平行。