CN212339525U - 一种植入墙体的热管结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种植入墙体的热管结构,包括两个对称设置的平板热管,所述平板热管的管腔内放置有制冷剂工质,两个所述平板热管的顶部和底部对应连接有导通的导管,形成一个封闭循环结构;所述导管上设有控制阀,所述平板热管的内侧设有吸液芯;该热管结构植入墙体内,墙体的外侧和内侧表面上均设有温度传感器,墙体上还设有控制器,所述控制器与所述温度传感器、控制阀电连接。本实用新型通过植入墙体的热管进行高效传热,能根据不同时期的室内外温度、太阳辐射量等特点改变墙体传热能力,从而达到降低建筑能耗以及进行太阳能热量回收等节能效果。

Description

一种植入墙体的热管结构
技术领域
本实用新型涉及建筑墙体传热技术领域,特别是涉及一种植入墙体的热管结构。
背景技术
现有的建筑墙体一旦建成后,其传热系数基本不可改变,通过建筑外墙形成的建筑能耗基本为定值,导致了建筑墙体对建筑能耗的调节作用非常少。而在建筑能耗中,通过维护结构所产生的冷、热负荷等能耗却非常大,例如专利CN110241938A公开了建筑相变储能墙体结构,其通过在墙体内置换热器和相变材料进行冷热的换热,虽然使室内环境的温度保持在一个较为稳定的状态,但是需要从外部输入进行制冷制热,而且需要变相材料的配合,其能耗调节能力较弱,成本高。现在亟需一种具体降低建筑能耗以及可进行热量回收等节能效果的结构。
实用新型内容
本实用新型提供一种植入墙体的热管结构,通过植入墙体的热管进行高效传热,能根据不同时期的室内外温度、太阳辐射量等特点改变墙体传热能力,从而达到降低建筑能耗以及进行太阳能热量回收等节能效果。
本实用新型的技术方案为:
一种植入墙体的热管结构,包括两个对称设置的平板热管,所述平板热管的管腔内放置有制冷剂工质,两个所述平板热管的顶部和底部对应连接有导通的导管,形成一个封闭循环结构;所述导管上设有控制阀,所述平板热管的内侧设有吸液芯;该热管结构植入墙体内,墙体的外侧和内侧表面上均设有温度传感器,墙体上还设有控制器,所述控制器与所述温度传感器、控制阀电连接。
通过将该热管结构植入建筑墙体,改变墙体的传热性能,根据不同季节的室内外温度调节热管的传热能力。
在夏季时,当温度传感器监测到室内空气温度高于室外空气温度时,控制器将控制阀进行打开,传热方向为由室内向室外传热,即对室内进行降温,此时墙内侧的平板热管作为蒸发端,墙外侧的平板热管作为冷凝端,蒸发端的平板热管吸收室内的热量以及墙体内表面的热量,使热管腔内的制冷剂工质受热蒸发,形成制冷剂蒸汽,通过顶部的导管传递到置于墙体外侧的平板热管,即冷凝端,由于室外以及墙体外表面温度较低,此时制冷剂蒸汽到达冷凝端后发生冷凝,向室外放出热量,通过此蒸发及冷凝过程实现室内的散热;其中,制冷剂蒸汽在冷凝端冷凝后重新变回液态,并通过底部的导管回流到蒸发端,此时蒸发端的平板热管中的吸液芯毛细力作用下实现反重力过程,使液态制冷剂工质布满蒸发端的平板热管,在受热后重新进行蒸发过程,至此,完成整个循环过程。当温度传感器监测到室内空气温度低于室外空气温度时,控制阀关闭,停止循环。
在冬季时,当温度传感器监测到室内空气温度低于室外空气温度时,控制器将控制阀进行打开,传热方向为由室外向室内传热,即对室内进行升温,此时墙内侧的平板热管作为冷凝端,墙外侧的平板热管作为蒸发端,蒸发端的平板热管吸收室外空气的热量以及墙体外表面的热量,使热管腔内的制冷剂工质受热蒸发,形成制冷剂蒸汽,通过顶部的导管传递到置于墙体内侧的平板热管,即冷凝端,由于室内以及墙体内表面温度较低,此时制冷剂蒸汽到达冷凝端后发生冷凝,向室内放出热量,通过此蒸发及冷凝过程实现室内的采暖;其中,制冷剂蒸汽在冷凝端冷凝后重新变回液态,并通过底部的导管回流到蒸发端,此时蒸发端的平板热管中的吸液芯毛细力作用下实现反重力过程,使液态制冷剂工质布满蒸发端的平板热管,在受热后重新进行蒸发过程,至此,完成整个循环过程。当温度传感器监测到室内空气温度高于室外空气温度时,控制阀关闭,停止循环。
通过对不同时期、不同时间段的不同需求对热管的传热进行调整,使建筑墙体的传热能力根据需求所改变,从而达到降低建筑能耗和改变室内热舒适性的效果。
进一步,墙体的结构由墙体内侧到外侧依次为:墙体内侧抹灰层、热管内侧植入层、结构墙体、找平层、保温层、热管外侧植入层、防水抗裂层、墙体外侧装饰面层。
进一步,一个所述平板热管植入墙体的位置为热管内侧植入层,另一个所述平板热管植入墙体的位置为热管外侧植入层,所述导管穿过墙体的热管内侧植入层、结构墙体、找平层、保温层、热管外侧植入层使两个所述平板热管连接导通。
进一步,所述吸液芯为烧结铜粉毛细芯,所述吸液芯的厚度为10mm-20mm。平板热管内的制冷剂工质循环中由下至上的反重力过程依靠吸液芯的毛细力作用实现。
进一步,所述导管为绝热管材,直径为20mm-30mm。
进一步,所述控制阀采用电动蝶阀。
进一步,所述平板热管的宽度为300mm-400mm、高度为900mm-1000mm、厚度为40mm-60mm。
进一步,所述控制器采用单片机。单片机通过温度传感器采集室内外的温度不同,从而根据冬夏季两种情况对电动蝶阀的控制逻辑进行切换,实现在夏天散热、冬天吸热的循环过程。
进一步,所述制冷剂工质包括R22、R290、R717中的一种。
进一步,所述制冷剂工质采用R717。
相对于现有技术,本实用新型具有如下优点:
1)相对于蓄热墙体等针对墙体的节能技术,本实用新型通过将该热管结构植入建筑墙体,根据温度传感器监测不同季节的室内外温度,进而通过控制阀改变两个平板热管的循环方向进行散热和吸热,实现改变墙体两侧的传热效果;
2)本实用新型采用被动式热管技术,依靠吸液芯的毛细力作用实现制冷剂工质的反重力回流,能够实现蒸发和冷凝的封闭循环,热管结构在运行过程中几乎零能耗,节能效果好;
3)本实用新型的热管结构采用两个平板热管的分体式结构,解决了被动式工作状态下蒸发、冷凝端之间必需要有一定的高度差,导致墙体利用面积大幅减少的情况;
4)本实用新型的热管结构实现被动式冬夏季传热方向切换,蒸发端、冷凝端随传热需求切换的功能,从而达到降低建筑能耗和改变室内热舒适性的效果。
附图说明
图1为热管结构的结构示意图;
图2为热管结构与墙体结合的结构示意图;
图3为热管结构植入墙体结构的位置示意图;
图4为热管结构的夏季传热示意图;
图5为热管结构的冬季传热示意图;
图中:1-平板热管、2-导管、3-电动蝶阀、4-吸液芯、5-墙体、51-墙体内侧抹灰层、52-热管内侧植入层、53-结构墙体、54-找平层、55-保温层、56-热管外侧植入层、57-防水抗裂层、58-墙体外侧装饰面层、6-温度传感器。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
实施例1:
如图1-图3所示,一种植入墙体的热管结构,包括两个对称设置的平板热管1,平板热管1的管腔内放置有制冷剂工质,两个平板热管1的顶部和底部对应连接有导通的导管2,形成一个封闭循环结构;导管2上设有电动蝶阀3,平板热管1的内壁设有吸液芯4;该热管结构植入墙体5内,墙体5的外侧和内侧表面上均设有温度传感器6,墙体5上还设有控制器(图中未示出),控制器与温度传感器6、电动蝶阀3电连接。
其中,在平板导管1的侧边开设安装通孔安装导管2,导管2的两端分别与两个平板导管1的安装通孔进行焊接导通,而平板导管1内镶套着一层多孔毛细结构的吸液芯4,浸满制冷剂工质。外部热源在作为蒸发端的平板导管1输入热量,使工质蒸发、汽化,蒸汽通过顶部的导管2流向作为冷凝端的平板导管1进行凝结,释放出来的汽化潜热送至外界,凝液缩进吸液芯4里面,靠毛细压力的作用从底部的导管2流回蒸发端的平板导管1,完成制冷剂工质的自动循环。
其中,控制器通过导线与温度传感器6和电动蝶阀3进行连接,导线藏于墙体中(图中未示出),温度传感器6采集温度数据后,发出电信号给控制器,控制器根据墙体两侧温度传感器的温度高低,发出控制信号给电动蝶阀3,进而控制电动蝶阀3的开与关。
参阅图3,在本实施例中,墙体5的结构由墙体内侧到外侧依次为:墙体内侧抹灰层51、热管内侧植入层52、结构墙体53、找平层54、保温层55、热管外侧植入层56、防水抗裂层57、墙体外侧装饰面层58。一个平板热管1植入墙体的位置为热管内侧植入层52,另一个平板热管1植入墙体的位置为热管外侧植入层56,导管2穿过墙体的热管内侧植入层52、结构墙体53、找平层54、保温层55、热管外侧植入层56使两个平板热管1连接导通。
在本实施例中,吸液芯4为烧结铜粉毛细芯,吸液芯4的厚度为10mm。平板热管1内的制冷剂工质循环中由下至上的反重力过程依靠吸液芯4的毛细力作用实现。
在本实施例中,导管2的连接方式均为焊接,导管2为绝热管材,直径为25mm,导管2的长度应根据实际墙体植入层距离确定。
在本实施例中,平板热管1的尺寸为:宽度300mm、高度900mm、厚度50mm。由于建筑样式各有不同,墙高、开窗大小等不同,因此,植入墙体的平板热管1的尺寸大小应根据实际情况选择最合适尺寸。
在本实施例中,控制器采用单片机,固定在室内的墙体上,可加装控制面板。单片机通过温度传感器6采集室内外的温度不同,从而根据冬夏季两种情况对电动蝶阀3的控制逻辑进行切换,实现在夏天散热、冬天吸热的循环过程。
在本实施例中,制冷剂工质包括R22、R290、R717中的一种,具体选择应根据实际使用地区的冬、夏季节温度以及早晚间温度以及热管具体采用的压力值确定。其中,在常压下热管运行中,R717为温度匹配性较好的一种工质,优选R717。
本实用新型通过将该热管结构植入(埋入)建筑墙体,改变墙体的传热性能,根据不同季节的室内外温度调节热管的传热能力。具体传热原理如下:
参阅图4,在夏季时,当温度传感器监测到室内空气温度高于室外空气温度时(例如傍晚和夜间),控制器将电动蝶阀3进行打开,传热方向为由室内向室外传热,即对室内进行降温,此时墙内侧的平板热管1作为蒸发端,墙外侧的平板热管1作为冷凝端,蒸发端的平板热管1吸收室内的热量以及墙体内表面的热量,使热管腔内的制冷剂工质受热蒸发,形成制冷剂蒸汽,通过顶部的导管2传递到置于墙体外侧的平板热管1,即冷凝端,由于室外以及墙体外表面温度较低,此时制冷剂蒸汽到达冷凝端后发生冷凝,向室外放出热量,通过此蒸发及冷凝过程实现室内的散热;其中,制冷剂蒸汽在冷凝端冷凝后重新变回液态,并通过底部的导管2回流到蒸发端,此时蒸发端的平板热管1中的吸液芯4毛细力作用下实现反重力过程,使液态制冷剂工质布满蒸发端的平板热管1,在受热后重新进行蒸发过程,至此,完成整个循环过程。当温度传感器监测到室内空气温度低于室外空气温度时(例如日间有太阳的照射),电动蝶阀3关闭,停止循环。
参阅图5,在冬季时,当温度传感器监测到室内空气温度低于室外空气温度时(例如日间有太阳的照射),控制器将电动蝶阀3进行打开,传热方向为由室外向室内传热,即对室内进行升温,此时墙内侧的平板热管1作为冷凝端,墙外侧的平板热管1作为蒸发端,蒸发端的平板热管1吸收室外空气的热量以及墙体外表面的热量,使热管腔内的制冷剂工质受热蒸发,形成制冷剂蒸汽,通过顶部的导管2传递到置于墙体内侧的平板热管1,即冷凝端,由于室内以及墙体内表面温度较低,此时制冷剂蒸汽到达冷凝端后发生冷凝,向室内放出热量,通过此蒸发及冷凝过程实现室内的采暖;其中,制冷剂蒸汽在冷凝端冷凝后重新变回液态,并通过底部的导管2回流到蒸发端,此时蒸发端的平板热管1中的吸液芯4毛细力作用下实现反重力过程,使液态制冷剂工质布满蒸发端的平板热管1,在受热后重新进行蒸发过程,至此,完成整个循环过程。当温度传感器监测到室内空气温度高于室外空气温度时(例如傍晚和夜间),电动蝶阀3关闭,停止循环。
通过对不同时期、不同时间段的不同需求对热管的传热进行调整,使建筑墙体的传热能力根据需求所改变,从而达到降低建筑能耗和改变室内热舒适性的效果。
需要进行说明的是,在夏季和冬季中,蒸发及冷凝循环过程的方向是相反的,即控制器对电动蝶阀3的控制状态也是相反的;即在室内空气温度低于室外空气温度时,当处于夏季,电动蝶阀3是关闭的,而处于冬季,电动蝶阀3是开启的;同理,在室内空气温度高于室外空气温度时,当处于夏季,电动蝶阀3是开启的,而处于冬季,电动蝶阀3是关闭的。上述的分季节对电动蝶阀3的控制逻辑可在控制器增设季节切换开关实现,即处于夏季时,按下开关指向夏季,此时电动蝶阀3的控制逻辑是:在室内空气温度低于室外空气温度时,电动蝶阀3是关闭的,在室内空气温度低于室外空气温度时,则开启。处于冬季时,按下开关指向冬季,此时电动蝶阀3的控制逻辑与夏季时相反,不再叙述。
同时强调的是,上述的夏季和冬季是代表两种室内外的温度不同情况,并非限定于季节,当室内外存在温差的情况下,均可以通过本实用新型实现调节,室内的人员可通过控制器的季节切换开关,人为对对电动蝶阀3的逻辑进行切换。
由于控制器可采用单片机,即在单片机上增设季节切换开关,使其对电动蝶阀3输出的电平信号相反即可,对于本技术领域人员来说是公知常识。
为了更精确地进行循环的切换,还可在单片机中设定温度差阈值,例如当室内外温度差达到5摄氏度以上时,作为控制电动蝶阀3的阈值,决定是否停止循环。具体的温度差可根据温度传感器6的精度进行设定,还能根据个人对冷热的需求进行设定,使不同人群的冷热需求得到囊括,提高本实用新型的使用性能,提高适应性。
显然,本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例,而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种植入墙体的热管结构,其特征在于,包括两个对称设置的平板热管,所述平板热管的管腔内放置有制冷剂工质,两个所述平板热管的顶部和底部对应连接有导通的导管,形成一个封闭循环结构;所述导管上设有控制阀,所述平板热管的内侧设有吸液芯;该热管结构植入墙体内,墙体的外侧和内侧表面上均设有温度传感器,墙体上还设有控制器,所述控制器与所述温度传感器、控制阀电连接。
2.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,墙体的结构由墙体内侧到外侧依次为:墙体内侧抹灰层、热管内侧植入层、结构墙体、找平层、保温层、热管外侧植入层、防水抗裂层、墙体外侧装饰面层。
3.根据权利要求2所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,一个所述平板热管植入墙体的位置为热管内侧植入层,另一个所述平板热管植入墙体的位置为热管外侧植入层,所述导管穿过墙体的热管内侧植入层、结构墙体、找平层、保温层、热管外侧植入层使两个所述平板热管连接导通。
4.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述吸液芯为烧结铜粉毛细芯,所述吸液芯的厚度为10mm-20mm。
5.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述导管为绝热管材,直径为20mm-30mm。
6.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述控制阀采用电动蝶阀。
7.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述平板热管的宽度为300mm-400mm、高度为900mm-1000mm、厚度为40mm-60mm。
8.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述控制器采用单片机。
9.根据权利要求1所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述制冷剂工质包括R22、R290、R717中的一种。
10.根据权利要求9所述的一种植入墙体的热管结构,其特征在于,所述制冷剂工质采用R717。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114111407A (zh) * 2021-11-10 2022-03-01 武汉理工大学 一种基于重力式热二极管的建筑围护结构

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