CN212926564U

CN212926564U - 相变储能保温墙体

Info

Publication number: CN212926564U
Application number: CN202020718410.0U
Authority: CN
Inventors: 杨晶磊; 孙赛玲; 安金亮
Original assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2030-04-30

Abstract

本实用新型涉及一种相变储能保温墙体，属于建筑墙体设计技术领域。该相变储能保温墙体，包括：内墙，为相变材料微胶囊储能层，所述相变材料微胶囊储能层设于墙体朝向建筑内立面的一侧，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的5‑15％。外墙，为隔热保温层，所述隔热保温层设于墙体朝向建筑外立面的一侧，且所述隔热保温层完全覆盖所述内墙表面。该相变储能保温墙体，综合控温性能、力学性能和成本考虑，具有非常优异的表现，可广泛进行推广应用。

Description

相变储能保温墙体

技术领域

本实用新型涉及建筑墙体设计技术领域，特别是涉及一种相变储能保温墙体。

背景技术

随着人们对居住环境舒适度要求的提高，建筑的能耗也在大幅增加。建筑高耗能带来了雾霾、全球变暖、极端天气等一系列环境问题。降低建筑物能耗，发展绿色建筑不仅是我们应对环境问题的有力举措，更是社会发展必须解决的一个难题和一项刻不容缓的工作。

传统的单一墙体材料逐渐不能满足建筑节能标准的要求，于是复合墙体材料应运而生。复合墙体可分为外保温、内保温和自保温三种形式。外墙内保温存在的问题有内表面容易结露、冷热桥效应、室温波动大等；外墙外保温存在保温层容易脱落、施工质量较难控制、工程造价髙等问题。

近年来发展起来的相变储能技术为建筑节能提供了一个新的方法。相变储能技术是相变材料(PCMs)，在发生相变的过程中吸收环境的热量，并在需要时向环境释放出热量，从而达到控制周围环境温度的目的。将相变材料与传统建筑材料融合，可以制成具有相变储能能力的建筑材料，即能够将能量以相变潜热的形式进行贮存或放出，实现能量在不同时间、空间位置之间的转换。将相变材料与普通的建材一体化后，制成各种相变储能构件，可以显著增强建筑墙体对建筑内的温度的调控，降低外界温度波动对室内温度的影响，为在低耗能的情况下将温度调节至人体舒适值提供了可能。

然而，相变材料与建筑材料结合时，两种材料之间存在着相容性差、腐蚀及渗漏，与基体脱离等问题，目前并没有被广泛应用于墙体保温中。

微胶囊技术是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术，其原理是将被包裹物质用高分子化合物连续薄膜包覆起来，而被包裹物质的原有化学性质并未发生改变，依靠囊壁的屏蔽作用起到保护芯材的作用。将微胶囊技术应用于相变储能材料而形成的新型的微胶囊相变材料(micro-encapsulated phase-change materials，简称MEPCMs)，不但继承了相变储能材料优良储热能力，同时又将相变材料细颗粒化，使其比表面积大大增加，有利于传热的进行；同时形成的壁材能够防止相变材料(芯材)的暴露，不会对基体材料以及周围环境造成腐蚀和污染；经聚合形成的壁材相对芯材具有较高耐热温度，在芯材发生相变过程中始终呈现为固体外观，提高了相变材料的使用寿命，克服了相变材料的应用局限性，拓宽了相变材料的应用领域，具有更广阔的发展前景。因此将相变材料微胶囊化后与建筑材料(如：砂浆、混凝土、石膏板等)复合，相变储能建材的性能大大提升；可显著增强建筑墙体对建筑内的温度的调控，实现智能控温功能，为在低耗能的情况下将温度调节至人体舒适值提供了可能。

但是，相变材料微胶囊本身的强度低，将相变材料微胶囊加入到墙体中会很大程度的降低墙体的力学性能，极大的限制了相变材料微胶囊在墙体中的应用。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种相变储能保温墙体，改用该墙体，可在保持墙体力学性能满足建筑要求的前提下，具有非常好的储能保温效果。

一种相变储能保温墙体，包括：

内墙，为相变材料微胶囊储能层，所述相变材料微胶囊储能层设于墙体朝向建筑内立面的一侧，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的5-15％。

外墙，为隔热保温层，所述隔热保温层设于墙体朝向建筑外立面的一侧，且所述隔热保温层完全覆盖所述内墙表面。

上述相变储能保温墙体，通过将相变材料微胶囊储能层的内墙，与隔热保温层的外墙相结合，一方面能够减少相变材料微胶囊的加入，避免墙体力学性能的下降，另一方面利用隔热涂料的隔热保温作用和相变材料微胶囊的储能作用共同起效，可增加得到墙体的储能保温效果，有助于减低墙体厚度，节约了成本。

在其中一个实施例中，所述相变材料微胶囊为球体，包括有机相变材料组成的核心区域和包裹所述核心区域的二氧化硅壳层。具有二氧化硅壳层的相变材料微胶囊，与混凝土基质层具有更佳的相容性，具有更佳的相变储能效果。

在其中一个实施例中，所述相变材料微胶囊的粒径为20-100μm，壳层厚度为5～10μm。将上述粒径和壳层厚度的相变材料微胶囊与混凝土基质配合使用，具有较好的力学性能，既能避免相变材料微胶囊的破裂失效，又可保持较好的储能效果。

在其中一个实施例中，所述隔热保温层的厚度为0.2-0.7mm。

在其中一个实施例中，所述相变材料微胶囊储能层的厚度为5-9cm。将所述内墙厚度控制在此范围内，既能达到较好的保温效果，又可减薄墙体，节约成本。

在其中一个实施例中，所述混凝土基质为砂子和水泥组成的混凝土。

在其中一个实施例中，所述混凝土基质为石子、砂子和水泥组成的混凝土。

在其中一个实施例中，所述隔热保温层为隔热涂料涂覆而成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的一种相变储能保温墙体，通过将相变材料微胶囊储能层的内墙，与隔热保温层的外墙相结合，一方面能够减少相变材料微胶囊的加入，避免墙体力学性能的下降，另一方面利用隔热涂料的隔热保温作用和相变材料微胶囊的储能作用共同起效，可增加得到墙体的储能保温效果，有助于减低墙体厚度，节约了成本。

并且，本实用新型的一种相变储能保温墙体，综合控温性能、力学性能和成本考虑，具有非常优异的表现，可广泛进行推广应用。

附图说明

图1为相变材料微胶囊结构示意图；

图2为实施例1中相变储能保温墙体结构示意图；

图3为实验例1中控温效果测试曲线；

图4为实验例2中控温效果测试曲线。

其中：100.外墙；200.内墙；211.核心区域；212.壳层。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示，以下实施例中所用相变材料微胶囊为球体包括有机相变材料组成的核心区域211和包裹所述核心区域的二氧化硅壳层212，且该相变材料微胶囊的粒径为20-100μm，壳层厚度为5～10μm，通过常规方法得到。

所用隔热保温层采用常规隔热涂料涂覆而成。

实施例1

一种相变储能保温墙体，如图2所示，包括内墙200和外墙100。

其中，内墙为相变材料微胶囊储能层，所述相变材料微胶囊储能层设于墙体朝向建筑内立面的一侧，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的10％。

本实施例中，所述混凝土基质包括石子、砂子和水泥组成的混凝土，形成的内墙厚度为 7cm。

外墙为隔热保温层，所述隔热保温层设于墙体朝向建筑外立面的一侧，且所述隔热保温层完全覆盖所述内墙表面。所述外墙厚度为0.7mm。

实施例2

一种相变储能保温墙体，包括内墙和外墙。

本实施例中，所述混凝土基质包括砂子和水泥组成的混凝土，形成的内墙厚度为7cm。

对比例1

一种相变储能保温墙体，包括内墙。

所述内墙为相变材料微胶囊储能层，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的10％。

对比例2

一种相变储能保温墙体，包括内墙。

所述内墙为相变材料微胶囊储能层，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的20％。

对比例3

一种相变储能保温墙体，包括内墙。

对比例4

一种相变储能保温墙体，包括内墙。

实验例1

将实施例1，对比例1-2的保温墙体，与普通混凝土墙体进行控温和抗压试验。

1、控温试验。

1.1方法：

对墙体用50℃的热源持续加热3h，然后停止加热自然降温，测试墙体控温效果。

1.2结果：

结果如图3所示，添加了相变材料微胶囊的墙体，在加热升温过程中升温速率变慢，到达热平衡时的峰值温度降低；相变材料微胶囊掺量越多，墙体控温效果越佳。相变材料微胶囊掺量为10％的墙体，其达热平衡的温度较普通墙体降低了2.6℃；相变材料微胶囊掺量为 20％的墙体，其达热平衡的温度较普通墙体降低了4.3℃；相变材料微胶囊掺量为10％内墙+ 隔热保温层组成的复合墙体(实施例1的墙体)，其达热平衡的温度较普通墙体降低了4.5℃，和微胶囊掺量20％的墙体控温效果相当。

且从图3可知，涂了隔热涂层的墙体，降温阶段的降温速率与未加隔热保温层的墙体相当，可见此种方案下隔热保温层的应用，不影响墙体的整体散热。

2、抗压试验。

对上述墙体进行抗压试验，结果如下表所示。

表1.抗压试验结果

样品名称	28D抗压强度(MPa)
		普通墙体	54.9
实施例1的墙体	35.4
		对比例2的墙体	19.3

对制备得到的墙体养护28天后的测试结果显示，当相变材料微胶囊掺量为10％，墙体的抗压强度为普通墙体的64.48％，相变材料微胶囊掺量为20％时，墙体的抗压强度为普通墙体的35.15％；若相变材料微胶囊按20％的量去添加，墙体的力学性能下降较多，而与隔热涂料得到的隔热保温层搭配使用，在达到相同控温效果的同时，墙体测力学性能也较优。

且从成本考虑，相变材料微胶囊成本高，市场价一般300元/KG，面积一平方米，厚度 7cm的20％(体积百分比)相变材料微胶囊墙体，需6KG微胶囊，即原料成本1800元；隔热涂料价格相对便宜，270元/1L，面积1平方米，膜厚0.7mm，所需涂料成本389元；此种厚度下每平方米可节约511元，微胶囊原料成本可节约28％。

因此综合控温性能、力学性能和成本考虑，本实用新型的墙体设计方案更优。

实验例2

将实施例2，对比例3-4的保温墙体，与普通混凝土墙体进行控温和抗压试验。

1、控温试验。

1.1方法：

1.2结果：

结果如图4所示，添加了相变材料微胶囊的墙体，在加热升温过程中升温速率变慢，到达热平衡时的峰值温度降低；相变材料微胶囊掺量越多，墙体控温效果越佳。相变材料微胶囊掺量为10％墙体，其达热平衡的温度较普通墙体降低了2.5℃；相变材料微胶囊掺量为20％墙体，其达热平衡的温度较普通墙体降低了4.5℃；相变材料微胶囊掺量为10％内墙+隔热保温层组成的复合墙体(实施例2的墙体)，其达热平衡的温度较普通墙体降低了4.1℃，墙体控温效果与微胶囊掺量20％的墙体接近。

且从图4可知，涂了隔热涂层的墙体，降温阶段的降温速率与未加隔热涂层的墙体相当，可见此种方案下隔热涂层的应用，不影响墙体的整体散热。

2、抗压试验。

对上述墙体进行抗压试验，结果如下表所示。

表2.抗压试验结果

样品名称	28D抗压强度(MPa)
		普通墙体	54.8
实施例1的墙体	35.6
		对比例2的墙体	19.6

对制备得到的墙体养护28天后的测试结果显示，当相变材料微胶囊掺量为10％，墙体的抗压强度为普通墙体的60.94％，相变材料微胶囊掺量为20％时，墙体的抗压强度为普通墙体的34.04％；若微胶囊按20％的量去添加，墙体的力学性能将下降66％，而与隔热涂料搭配使用，在达到相同控温效果的同时，墙体测力学性能也较优。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种相变储能保温墙体，其特征在于，包括：

内墙，为相变微胶囊储能层，所述相变微胶囊储能层设于墙体朝向建筑内立面的一侧，包括混凝土基质和若干相变材料微胶囊，所述若干相变材料微胶囊均匀分布于所述混凝土基质中；所述相变材料微胶囊的体积占所述内墙体积的5-15％；

2.根据权利要求1所述的相变储能保温墙体，其特征在于，所述相变材料微胶囊为球体，包括有机相变材料组成的核心区域和包裹所述核心区域的二氧化硅壳层。

3.根据权利要求1所述的相变储能保温墙体，其特征在于，所述相变材料微胶囊的粒径为20-100μm，壳层厚度为5～10μm。

4.根据权利要求1所述的相变储能保温墙体，其特征在于，所述隔热保温层的厚度为0.2-0.7mm。

5.根据权利要求1所述的相变储能保温墙体，其特征在于，所述相变材料微胶囊储能层的厚度为5-9cm。

6.根据权利要求1所述的相变储能保温墙体，其特征在于，所述隔热保温层为隔热涂料涂覆而成。