CN211775076U - 固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板。墙体面板包括硬质聚氨酯保温板底座，毛细辐射管网，固型相变材料，所述的毛细辐射管至少有两条，用于流通不同温度的换热工质，硬质聚氨酯保温板中间布置有间隔相同的槽道，槽道内填充不同相变温度的固型相变材料，分别适用于冬季和夏季工况，两种相变材料间隔交替分布。毛细管网按照U形贯穿槽道，槽道与槽道之间不发生换热。墙体面板可与现有建筑围护结构相结合，可区分冬夏季节，采用不同工作模式，实现室内居住环境温度的自适应调节。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有恒温、储能，可自动调节温度功能的建筑用墙体面板，具体涉及一种固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板。
背景技术
现代社会中建筑能耗达到8.99亿吨，占总能耗的20%，其中空调设备占建筑能耗的50%以上。而在建筑领域，相变材料与毛细管末端相结合的装配式应用能有效提高人体舒适感，减少室内空间占用，提高机组运行效率，系统封闭运行绿色环保。毛细管和相变材料在工程的运用面临的技术难点在于毛细管热影响距离较短，辐射表面温度分布不均及系统响应时间长。而现有的大部分相变材料，存在导热系数低，相变时易泄漏，系统复杂等关键问题。
目前市面上使用较广范的调温板材，其原理主要是通过内部的塑料管网（比如毛细管网）通冷、热媒调节室内环境温度。其主要换热方式为热辐射，存在以下缺点：由于辐射换热的速率慢，会导致一部分热量散失到室外造成能源的浪费；其次传统调温板不能适应季节转变，只能在夏季工况作用或只在冬季工况作用；另外现也有采用相变材料做填充物的调温板，但在技术方面仍存在漏洞，最大的问题是发生相变时材料的泄露造成墙体不同程度的腐蚀。
公开号为CN 109678423 A ，名称为《一种双温度相变调温膨胀蛭石板及其制备方法》的专利所公开的技术方案中，将硅藻土相变复合材料和膨胀蛭石复合相变材料按一定配比混合的相变材料来制备双温度相变调温膨胀蛭石板并调控温度，其缺点在于该板材调控室温是直接利用混合复合相变材料的潜热性能，只能被动对室内温度进行调控，无法实现自适应控温，且辐射换热的速率较慢。公开号为CN104290372B，名称为《一种连续纤维增强热塑性聚合物调温板》的专利所公开的技术方案中，将石墨、氧化铝、氮化硅等相变材料的一种或几种填充在由连续纤维制备的蜂窝芯层中，其缺陷在于制备工艺复杂，需要利用挤出机，钢带压机等机器进行一系列操作后制备，且该调温板无法由人自主操控温度，辐射换热的速率慢。公开号为CN 107956258 A，名称为《一种内外低温差的挤塑聚苯板外墙保温系统》的专利所公开的技术方案中，其相变保温层采用石蜡作为相变材料，并通过该层蓄热来调控保温层的温度达到保温的目的，其缺点在于石蜡作为相变材料，其导热系数低，蓄放热较慢，导致控温范围较小且可能产生泄漏问题。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述相变板材存在的问题，提供一种封装效果好、导热能力强、调温效果好、轻质高强的固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板及。
固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，包括硬质聚氨酯保温板、毛细辐射管网、夏季固型相变材料、冬季固型相变材料；所述硬质聚氨酯保温板上方布置有间隔相同的槽道，所述毛细辐射管网均匀布置在槽道中间，所述的夏季固型相变材料和冬季固型相变材料间隔填充于槽道内，并将毛细管辐射网覆盖；所述的毛细辐射管网至少有两条，分为高温管路和低温管路，高温管路主要流经冬季固型相变材料并与其发生换热，低温管路主要流经夏季固型相变材料并与其发生换热，毛细辐射管按照U形贯穿槽道。
进一步说，所述固型相变材料为添加改性导热填料的固型相变材料，其中的改性导热填料选自还原-氧化石墨烯、碳酸钙、氧化铝、氮化铝、氮化硅、金属粉末的一种或几种。
进一步说，所述硬质聚氨酯保温板中的槽道深度为5-30mm，槽道宽度10-20cm。
进一步说，所用夏季固型相变材料和冬季固型相变材料可分别适应夏季、冬季工况，夏季蓄冷所用的夏季固型相变材料的相变点为16-20℃，冬季蓄热所用的冬季固型相变材料的相变点为30-32℃。
进一步说，所述两种固型相变材料间隔交替填充在槽道中，槽道之间存在硬质聚氨酯泡沫保温层，使得两者隔开。
进一步说，所述毛细管辐射网使用双管循环换热，双管分别流通不同换热工质，管与管间不发生换热。
进一步说，所述毛细辐射管网使用无毒耐腐蚀、生产成本低的PE-RT管。
进一步说，夏季工况时，毛细辐射管管内分别流通12-15℃冷媒水（管外槽道填充夏季相变材料）和16~22℃冷水（管外槽道填充冬季相变材料）；冬季工况室，毛细辐射管管中分别流通26~32℃温水（管外槽道填充夏季相变材料）和40-45℃热水（管外槽道填充冬季相变材料）。
进一步说，还包括热电偶，布置在墙体面板内部；与外部智能控温系统相连接。
本实用新型具有以下优点：
可进行装配式铺设，包装、运输方便，减少了管理损耗；
使用氧化石墨烯复合聚乙二醇定形相变材料，其单位质量潜热值高于一般相变材料，并且没有流动性，容易加工，热循环稳定性好，相变点亦可根据需要进行配制，适用于多种工作环境；
适用于夏季和冬季两种工况，经济型和实用性大幅提高。
附图说明
图1a和图1b为固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板二维结构示意图；
图2为固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板三维结构剖视图；
图3a和图3b为固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板冬夏两季工作模式原理图；
图4为固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板管路连接示意图；
图5为固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板调温方法的系统控制流程图；
其中：硬质聚氨酯保温板1、固型相变材料A（相变点为16-20℃）2、固型相变材料B（相变点为30-32℃）3、低温进水口4、高温进水口5、高温出水口6、低温出水口7、封装石膏板8、总低温供水管9、总高温供水管10、总高温集水管进行11、总低温集水管水管12、管道连接件13、管道连接件14。
具体实施方式
以下所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
参见图1a和图1b和图2：本实施例的墙体面板是由硬质聚氨酯保温板1、夏季相变材料（相变点为16-20℃）2、冬季相变材料（相变点为30-32℃）3、低温进水口4、高温进水口5、高温出水口6、低温出水口7、封装石膏板8、控制系统及各部件连接管路、阀（图中未画出）所构成。
所述硬质聚氨酯保温板1上设置有槽道，槽道深度为5-30mm，槽道宽度10-20cm，用于间隔交替填充夏季固型相变材料2和冬季固型相变材料3，具体填充方式如图1b所示。该墙体面板的毛细管路主要由高温管路和低温管路组成，高温管路主要流经冬季相变材料并与其发生换热，低温管路主要流经夏季相变材料并与其发生换热。本实用新型所涉及的两种管路，其材料均为无毒耐腐蚀、生产成本低的PE-RT管，本实施例所涉及的还原-氧化石墨烯复合聚乙二醇定形相变材料，其导热系数是普通相变材料的5-15倍，单位质量潜热值高于一般相变材料，并且属于固-固相变材料，无流动性易加工，热循环稳定性好，避免了泄露问题。所用石墨烯固型相变材料分别适应夏季、冬季工况（夏季蓄冷相变材料的相变点为16-20℃，冬季蓄热相变材料的相变点为30-32℃）。两种相变材料间隔填充，之间用硬质聚氨酯泡沫保温层隔开。内部采用双管循环换热，使用无毒耐腐蚀、生产成本低的PE-RT毛细辐射管，针对夏季工况，管中分别通12-15℃冷媒水（管外槽道填充夏季相变材料）和16~22℃冷水（管外槽道填充冬季相变材料）；针对冬季工况管中分别通26~32℃冷水（管外槽道填充夏季相变材料）和40℃冷水（管外槽道填充冬季相变材料），以此种方法应对夏季、冬季工况的转变。在固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板内部布置有热电偶，可与外部智能控温系统相连接，方便监测板材的内部温度及时作出调节。
固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板调温方法参见图4。墙体面板运行前，控制系统结合当地时间以及建筑室内外温度，决定采用开启的工作模式。若采用夏季蓄冷模式，控制系统通过天气预报预测白天所需总冷量，计算固型相变材料承担冷负荷，推算蓄冷所需时间，在低谷电价时提前开机蓄冷，高峰电价时段停止蓄冷，非蓄冷管路承担剩余冷负荷。判断非蓄冷管路是否达到最大负荷，若达到最大负荷，开启蓄冷管路进行提供冷量并且控制管路水温不低于相变点；若非蓄冷管路没有达到最大负荷，则继续运行；若采用冬季蓄热模式，控制系统通过天气预报预测白天所需总热量，计算固型相变材料承担热负荷，推算蓄热所需时间，在低谷电价时提前开机蓄热，高峰电价时段停止蓄热，非蓄热管路承担剩余热负荷。判断非蓄热管路是否达到最大负荷，若达到最大负荷，开启蓄热管路进行提供热量并且控制管路水温不高于相变点；若非蓄热管路没有达到最大负荷，则继续运行；若采用常规工作模式，控制蓄冷管路水温不低于相变点或蓄热管路不高于相变点。
夏季系统运行时，分两个阶段夜间蓄冷阶段和白天释冷阶段。夜间蓄冷阶段，低温进水口4开启，开始流通12℃的低温冷媒水，夏季相变材料进行相变蓄冷，高温进水口5关闭，冬季相变材料不发生换热。白天释冷阶段，低温进水口4关闭，停止流通12℃的低温冷媒水，夏季相变材料通过辐射传热释冷，高温进水口5开启，开始流通16-22℃的高温冷水，冬季相变材料不发生相变，起到冷量传递作用。夏季室外辐射传热经过墙体面板可得到有效阻隔，体面板辐射导冷原理见图3a。
冬季系统运行时，分两个阶段夜间蓄热阶段和白天释热阶段。夜间蓄热阶段，高温进水5开启，开始流通40℃的热水，冬季相变材料进行相变蓄热，低温进水口4关闭，夏季相变材料不发生换热。白天释热阶段，高温进水口5关闭，停止流通40℃的热水，冬季相变材料通过辐射传热释热，低温进水口4开启，开始流通26-32℃的低温热水，夏季相变材料起到热量传递作用。冬季墙体面板辐射导冷原理见图3b。
第二种实施例参见图5，本实用新型涉及一种固型相变材料与毛细辐射管集成一体的墙体面板可视为一种墙体单元，即该墙体面板可实现单元与单元之间的串联与并联，具体连接方式如图5所示，本实用新型仅以6个单元为例进行说明，墙体面板左右两单元可通过管道连接件14进行低温进水口4与低温出水口7串联、管道连接件13进行高温进水口5与高温出水口6串联。墙体面板上下两单元可通过对应的进出水口进行并联，即上单元低温进水口4与下单元低温进水口4可通过一根总低温供水管9进行并联，上单元高温进水口5与下单元高温进水口5可通过一根总高温供水管10进行并联，上单元高温出水口6与下单元高温出水口6可通过一根总高温集水管进行11并联，上单元低温出水口7与下单元低温出水口7可通过一根总低温集水管水管12进行并联。
综上，本实用新型采用石墨烯相变材料与毛细管末端相结合的相变板材，能大幅提高系统毛细辐射力，兼具蓄冷蓄热的功能，既能保持室内温度,又能减少温室气体的排放，达到节能减排的目的。
Claims (8)
1.固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：包括硬质聚氨酯保温板（1）、毛细辐射管网（2）、夏季固型相变材料（3）、冬季固型相变材料（4）；所述硬质聚氨酯保温板（1）上方布置有间隔相同的槽道，所述毛细辐射管网（2）均匀布置在槽道中间，所述的夏季固型相变材料（3）和冬季固型相变材料（4）间隔填充于槽道内，并将毛细管辐射网覆盖；所述的毛细辐射管网（2）至少有两条，分为高温管路和低温管路，高温管路主要流经冬季固型相变材料并与其发生换热，低温管路主要流经夏季固型相变材料并与其发生换热，毛细辐射管按照U形贯穿槽道。
2.根据权利要求1所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：所述硬质聚氨酯保温板中的槽道深度为5-30mm，槽道宽度10-20cm。
3.根据权利要求1所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：所用夏季固型相变材料和冬季固型相变材料可分别适应夏季、冬季工况，夏季蓄冷所用的夏季固型相变材料的相变点为16-20℃，冬季蓄热所用的冬季固型相变材料的相变点为30-32℃。
4.根据权利要求1所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：所述夏季固型相变材料（3）和冬季固型相变材料（4）间隔交替填充在槽道中，槽道之间存在硬质聚氨酯泡沫保温层，使得两者隔开。
5.根据权利要求1所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：所述毛细管辐射网使用双管循环换热，双管分别流通不同换热工质，管与管间不发生换热。
6.根据权利要求5所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：所述毛细辐射管网使用无毒耐腐蚀、生产成本低的PE-RT管。
7.根据权利要求3所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：夏季工况时，管外槽道填充夏季固型相变材料的毛细辐射管管内流通12-15℃冷媒水，管外槽道填充冬季固型相变材料的毛细辐射管管内流通16~22℃冷水；冬季工况室，管外槽道填充夏季固型相变材料的毛细辐射管管中流通26~32℃温水和管外槽道填充冬季固型相变材料的毛细辐射管管内流通40-45℃热水。
8.根据权利要求1所述的固型相变材料与毛细辐射管集成的双工况调温墙体面板，其特征在于：还包括热电偶，布置在墙体面板内部；与外部智能控温系统相连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN110821035A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-21 | 中国计量大学 | 基于固型相变材料与毛细辐射管的墙体面板及其调温方法 |
| CN112681604A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-20 | 上海建工五建集团有限公司 | 一种保温生土墙 |
| CN113006325A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-22 | 重庆交通大学 | 一种装配式保温墙体 |
| CN115233859A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种低能耗相变储能连接件 |
| CN116447772A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-07-18 | 燕山大学 | 一种主动式双层内嵌管通水木墙 |
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2019
- 2019-11-08 CN CN201921914450.6U patent/CN211775076U/zh active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN116447772A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-07-18 | 燕山大学 | 一种主动式双层内嵌管通水木墙 |
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