CN209653099U - 一种带有相变蓄冷围护结构的房屋 - Google Patents

一种带有相变蓄冷围护结构的房屋 Download PDF

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高克文
余俊祥
王健
任牮时
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Abstract

本实用新型公开了一种带有相变蓄冷围护结构的房屋，包括外墙、内墙、屋顶和吊顶，所述的内墙的顶端与吊顶相接，屋顶与外墙围成的内部空间被内墙和吊顶分隔成一体化的空气腔和房间，所述的吊顶安装有相变蓄冷装置，房屋的一面外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的第一电动百叶，顶部设有导流风机，与之相对的另一面外墙的顶部设有第二电动百叶。本实用新型的空气腔可以提高围护结构的隔热性能，空气腔内空气的流动可以带走外墙与屋顶日间集聚的热量，吊顶的相变蓄能材料可以将夜间通风的冷量储存至日间使用，在降低围护结构能耗的同时还可以抵消室内得热量。

Description

一种带有相变蓄冷围护结构的房屋
技术领域
本实用新型涉及建筑技术领域，具体涉及一种带有相变蓄冷围护结构的房屋。
背景技术
随着生活水平的提高，人们越来越注重居住环境的热舒适感。为提高墙体的保温隔热效果，常见的技术措施有：增加墙体厚度；墙体中采取保温隔热材料夹层；墙体中设置空气层。
设置封闭空气层的墙体，空调季不能有效利用夜间通风的冷量，节能效果不甚理想。特朗伯墙虽设置了流动空气层，但其玻璃幕墙的型式在一定程度会限制建筑外观，且并未考虑能量的储存。
夜间通风是一种降低室内温度的有效方法，其基本原理是：在非空调建筑或采用非连续性空调的建筑内，夜间通过引入温度较低的室外空气对室内进行冷却，消除室内墙体、家具等表面蓄存的热量以及可能存在的内部热源散热量，降低室内温度的同时在墙体中蓄存一定冷量。
实现夜间通风最简单也是最常用的方式就是开启建筑外窗，充分利用热压和风压作用进行自然通风。然而，传统的夜间通风方法通常得不到满意的降温效果，主要原因有：
(1)建筑围护结构的蓄冷能力不足；
(2)夜间通风蓄冷的传热面积不足；
(3)自然通风的通风量较小，对流换热效果差；
(4)传热温差不够大。
此时，通常需要辅助必要的机械通风设备，主动实现空气流动，提高降温效果。
康艳兵等提出了一种夜间通风相变蓄冷吊顶系统(夜间通风相变蓄冷吊顶系统研究，全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集)，结合夜间通风和相变贮能技术，采用相变材料(PCM)提高系统的蓄冷能力，采用相变堆积床(近似于平板状的袋状相变传热单元)提高了系统地传热面积，通过机械通风的方式提高通风量，并增强对流换热能力。相变贮能装置安装在房间吊顶与上层楼板之间的空间内。
然而，上述的蓄冷吊顶或通风墙体空腔内的空气没有经过滤直接送至室内，送风空气质量相对较差，含尘量较高。此外，蓄冷吊顶或通风墙体分别增强屋面及外墙的隔热效果，未能将它们有机结合。
实用新型内容
针对本领域存在的不足之处，本实用新型提供了一种带有相变蓄冷围护结构的房屋，包括外墙、内墙、屋顶和吊顶，所述的内墙的顶端与吊顶相接，屋顶与外墙围成的内部空间被内墙和吊顶分隔成一体化的空气腔和房间，所述的吊顶安装有相变蓄冷装置，房屋的一面外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的第一电动百叶，顶部设有导流风机，与之相对的另一面外墙的顶部设有第二电动百叶。
考虑到经济效益，且房屋西侧外墙与屋顶的夏季得热量在围护结构总得热量中占比最大，优选地，所述的内墙只有一面，平行于房屋的西外墙，与房屋的南外墙和北外墙相接，所述的吊顶一端与内墙相接，另三端分别与房屋的东外墙、南外墙、北外墙相接，房屋的西外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的第一电动百叶，顶部设有导流风机，东外墙的顶部设有第二电动百叶。一体化的空气腔由整面的房屋西外墙、屋顶、内墙、吊顶以及部分的房屋东外墙、南外墙和北外墙围成。
所述的吊顶还安装有设备带，设备带布置有灯具和烟雾传感器。
所述的吊顶与屋顶之间的距离h与房屋高度之比为1:(5～10)。
优选地，所述的吊顶与屋顶之间的距离h为60～100cm，以便为外墙的顶部安装电动百叶预留空间，且在房屋高度方向上不过大浪费建筑空间。
所述的内墙与房屋的西外墙之间的距离w可以是吊顶与屋顶之间的距离h的1/4。
优选地，所述的内墙与房屋的西外墙之间的距离w为15～25cm。
所述的第一电动百叶和第二电动百叶带有过滤网，过滤进入空气腔的空气，降低含尘量，提高送风空气质量。
所述的第一电动百叶和第二电动百叶的通风率不小于0.7。
所述的相变蓄冷装置中的相变蓄冷材料的熔点为20～27℃，导热系数为0.18～0.5W m-1K-1。
所述的相变蓄冷材料可根据使用者需求更换，可采用石墨粉与有机相变材料的混合物。所述的有机相变材料可采用直链脂肪酸、酯类或烷烃中的一种或多种。
所述的相变蓄冷材料由聚乙烯封装。
所述的相变蓄冷装置嵌于吊顶中，顶部暴露在空气腔中，底部暴露在房间内，以辐射供冷的方式抵消部分室内得热量。
所述的相变蓄冷装置的顶部或底部的暴露面积与吊顶面积之比不小于50％。
所述的相变蓄冷装置的顶部设有凸起，优选为波浪形凸起，不仅可以增加换热面积，还可以加强空气腔内的气流扰动，增强换热过程。
所述的导流风机可以是若干台，均可变频，能实现的最大总风量Q不小于只开第一电动百叶时空腔内气流量Q1和只开第二电动百叶时空腔内气流量Q2的较大值。
所述的只开第一电动百叶时空腔内气流量Q1的计算方法为
Q1＝v1×w×l南北
其中，v1为只开第一电动百叶时第一电动百叶附近的空气腔的空气流速，为5～7m/s，因用于外墙排热，所以风速较高，l南北为房屋南外墙和北外墙之间的距离。
所述的只开第二电动百叶时空腔内气流量Q2的计算方法为
Q2＝v2×h×l南北
其中，v2为只开第二电动百叶时第二电动百叶附近的空气腔的空气流速，为2～3m/s，此空气流速下的换热效果较好，l南北为房屋南外墙和北外墙之间的距离。
带有相变蓄冷围护结构的房屋的通风蓄冷的工作流程包括：
(1)进行房屋的一面外墙的排热。夜间，首先关闭第二电动百叶，开启第一电动百叶和导流风机，室外空气经第一电动百叶流入空气腔，将日间得热量通过导流风机带走，运行一段时间。
(2)开启第二电动百叶，进行一体化空气腔的排热。
(3)当空气腔内整体温度比房间内温度低3℃以上时，相变蓄冷装置开始蓄冷。夜间通风结束后，导流风机、第一电动百叶和第二电动百叶均关闭，相变蓄冷装置的蓄冷量在第二天白天以辐射供冷的方式抵消部分室内得热量。
本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：
(1)日间，空气腔可以提高围护结构的隔热性能，夜间，空气腔内空气的流动带走外墙与屋顶日间集聚的热量，吊顶的相变蓄能材料可以将夜间通风的冷量储存至日间使用，在降低围护结构能耗的同时还可以抵消室内得热量。
(2)带有凸起的扰流结构不仅增加了相变材料整体封装结构的换热面积也加强了气流扰动，均有利于提升换热效果。
附图说明
图1为实施例1的带有相变蓄冷围护结构的房屋的结构示意图；
图2为实施例1的带有相变蓄冷围护结构的房屋的吊顶的结构示意图；
图中：1-第一电动百叶；2-导流风机；3-相变蓄冷装置；4-设备带；5-第二电动百叶；6-空气腔；7-房间。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，本实用新型的实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
如图1、2所示，一种带有相变蓄冷围护结构的房屋，东西方向长10m，南北方向长5m，高4m，包括一屋顶、四外墙、一安装有相变蓄冷装置3和设备带4的吊顶、以及一内墙，内墙平行于房屋的西外墙，与房屋西外墙之间的距离为15cm，与房屋的南外墙和北外墙相接，吊顶一端与内墙相接，另三端分别与房屋的东外墙、南外墙、北外墙相接，吊顶与屋顶之间的距离为60cm，屋顶与外墙围成的内部空间被内墙和吊顶分隔成一体化的空气腔6和房间7。
相变蓄冷装置3嵌于吊顶中，顶部设有波浪形凸起，暴露在空气腔中，底部暴露在房间内，以辐射供冷的方式抵消部分室内得热量。相变蓄冷装置3的顶部或底部的暴露面积与吊顶面积之比为50％。相变蓄冷装置3中的相变蓄冷材料为石墨粉与有机相变材料的混合物，熔点为20～27℃，导热系数为0.18～0.5W m-1K-1，由聚乙烯封装。
设备带4内布置有灯具、烟雾传感器等。
房屋的西外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的带有过滤网的第一电动百叶1，顶部设有一可变频的导流风机2，东外墙的顶部设有带有过滤网的第二电动百叶5。第一电动百叶1和第二电动百叶5的通风率不小于0.7。
导流风机2的最大计算风量为21600m3/h。一体化的空气腔6由整面的房屋西外墙、屋顶、内墙、吊顶以及部分的房屋东外墙、南外墙和北外墙围成。
如图1、2所示的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其通风蓄冷的工作流程包括：
(1)进行房屋的西外墙的排热。夜间，首先关闭第二电动百叶5，开启第一电动百叶1和导流风机2，室外空气经第一电动百叶1流入空气腔，将日间得热量通过导流风机2带走，运行一段时间。
(2)开启第二电动百叶5，进行一体化空气腔的排热。
(3)当空气腔内整体温度比房间内温度低3℃以上时，相变蓄冷装置3开始蓄冷。夜间通风结束后，导流风机2、第一电动百叶1和第二电动百叶5均关闭，相变蓄冷装置3的蓄冷量在第二天白天以辐射供冷的方式抵消部分室内得热量。
此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种带有相变蓄冷围护结构的房屋，包括外墙、内墙、屋顶和吊顶，其特征在于，所述的内墙的顶端与吊顶相接，屋顶与外墙围成的内部空间被内墙和吊顶分隔成一体化的空气腔和房间，所述的吊顶安装有相变蓄冷装置，房屋的一面外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的第一电动百叶，顶部设有导流风机，与之相对的另一面外墙的顶部设有第二电动百叶。
2.根据权利要求1所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的内墙只有一面，平行于房屋的西外墙，与房屋的南外墙和北外墙相接，所述的吊顶一端与内墙相接，另三端分别与房屋的东外墙、南外墙、北外墙相接，房屋的西外墙的底部设有连通空气腔和房屋外空气的第一电动百叶，顶部设有导流风机，东外墙的顶部设有第二电动百叶。
3.根据权利要求2所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的吊顶与屋顶之间的距离为60～100cm。
4.根据权利要求3所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的内墙与房屋的西外墙之间的距离为15～25cm。
5.根据权利要求1或2所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的第一电动百叶和第二电动百叶带有过滤网。
6.根据权利要求1或2所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的相变蓄冷装置中的相变蓄冷材料的熔点为20～27℃，导热系数为0.18～0.5W m-1K-1。
7.根据权利要求1或2所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的相变蓄冷装置嵌于吊顶中，顶部暴露在空气腔中，底部暴露在房间内。
8.根据权利要求7所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的相变蓄冷装置的顶部或底部的暴露面积与吊顶面积之比不小于50％。
9.根据权利要求7所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的相变蓄冷装置的顶部设有凸起。
10.根据权利要求9所述的带有相变蓄冷围护结构的房屋，其特征在于，所述的凸起为波浪形凸起。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111549916A (zh) * 2020-04-02 2020-08-18 马鞍山市金韩防水保温工程有限责任公司 一种蜂巢式对流通风外墙保温机构
CN112611244A (zh) * 2020-11-26 2021-04-06 中国核电工程有限公司 非能动蓄冷型换热装置

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