一种主被动式太阳能蓄热释热墙体

摘要

本发明公开了一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其包括：保温层、骨架层、相变材料层、风道和重力热管，保温层、骨架层和相变材料层由外至内依次设置；重力热管包括热管冷凝段管栅和热管蒸发段管栅，热管蒸发段管栅设置在保温层上且位于保温层的外侧，热管冷凝段管栅设置在相变材料层内；风道设置在骨架层与相变材料层之间的墙体内，风道的进风口位于所述风道的下端且所述进风口穿过相变材料层与室内空间相连通，风道的出风口位于所述风道的上端且所述出风口穿过相变材料层与室内空间相连通。本发明能够更大限度的将白天的热量储存在墙体中，晚上风道内形成热压，墙体内部存储的热量通过对流换热的方式送出墙外得以利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑用墙体，特别是涉及一种主被动式太阳能蓄热释热墙体。

背景技术

日光温室是一种农业建筑，其特点是体形系数大，吸收太阳能产生温室效应以改善冬季蔬菜种植环境。其建筑空间由墙体(北、东、西墙体)、后屋面、前屋面(薄膜、保温覆盖物等)、土壤地面等围护结构构成。日光温室的建筑空间几何尺寸、墙体构造方式及其建筑材料热物性等，都直接影响温室内的光照、保温、蓄热与释热特性。日光温室建筑墙体，特别是北墙体集太阳能集热、蓄热、保温、释热于一体，其建筑热工性能直接影响温室热环境的营造，其被动利用太阳能为温室增温、夜间维持温室作物生长必要热环境的重要“加热元件”。大量实测结果表明，通过日光温室前屋面薄膜进入到温室内的太阳辐射，其中的1/3投射到日光温室北墙体表面。因此，北墙体良好的保温性能和蓄热释热性能是提高日光温太阳能利用率的重要保证。

发明内容

发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其能够更大限度的将白天的热量储存在墙体中，晚上风道内形成热压，墙体内部存储的热量通过对流换热的方式送出墙外得以利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，包括：保温层、骨架层、相变材料层、风道和重力热管，所述保温层、骨架层和相变材料层由外至内依次设置；

所述重力热管包括热管冷凝段管栅和热管蒸发段管栅，所述热管蒸发段管栅设置在保温层上且位于保温层的外侧，所述热管冷凝段管栅设置在相变材料层内；

所述风道设置在骨架层与相变材料层之间的墙体内，所述风道的进风口位于所述风道的下端且所述进风口穿过相变材料层与室内空间相连通，所述风道的出风口位于所述风道的上端且所述出风口穿过相变材料层与室内空间相连通。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述主被动式太阳能蓄热释热墙体还包括太阳能集热器、水箱和换热管路，所述换热管路的一端与水箱的出水口相连通，所述换热管路的另一端与太阳能集热器的进水口相连通，所述太阳能集热器的出水口与水箱的进水口相连通，所述换热管路设置在相变材料层内。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述换热管路为PVC管，所述换热管路位于相变材料层的下部。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述热管冷凝段管栅和热管蒸发段管栅的连接段设置有用于控制工作介质在热管冷凝段管栅和热管蒸发段管栅之间流通的控制阀门。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述重力热管内的工作介质为甲醇。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述保温层采用玻璃棉填充制成。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述相变材料层采用采用十六醇、癸酸及粉煤灰复合相变材料。

上述的一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其特征在于，所述骨架层为砌块墙体。

一种日光温室，所述日光温室的墙体采用如上述的主被动式太阳能蓄热释热墙体。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过重力热管将白天的热能最大程度的存储在墙体内，夜间再将墙体能的热能输送给室内，提高了室内夜间的温度。

2、本发明的风道内通过热压形成热放循环动力，无需能源的投入，更加的节能环保。

3、本发明还利用了太阳能集热器将可再生的太阳能，高蓄热材料与日光温室墙体相结合，形成新型的节能，保温的日光温室墙体。

下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明墙体结构的截面示意图。

图2为本发明墙体结构的立体示意图。

图3为本发明墙体结构的立体剖视图。

图4为本发明日光温室的立体结构剖视图。

附图标记说明:

10—保温层；20—骨架层；30—相变材料层；

40—风道；50—重力热管；

51—热管冷凝段管栅；52—热管蒸发段管栅；

53—控制阀门；60—太阳能集热器；61—水箱；

62—换热管路。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

如图1至图3所示，一种主被动式太阳能蓄热释热墙体，其包括：保温层10、骨架层20、相变材料层30、风道40和重力热管50，所述保温层10、骨架层20和相变材料层30由外至内依次设置；

所述重力热管50包括热管冷凝段管栅51和热管蒸发段管栅52，所述热管蒸发段管栅52设置在保温层10上且位于保温层10的外侧，所述热管冷凝段管栅设置在相变材料层30内；

所述风道40设置在骨架层20与相变材料层30之间的墙体内，所述风道40的进风口位于所述风道40的下端且所述进风口穿过相变材料层30与室内空间相连通，所述风道40的出风口位于所述风道40的上端且所述出风口穿过相变材料层30与室内空间相连通。

所示骨架层20为墙体的支撑结构层，可以为砖块砌成的砌块墙体，也可以为水泥浇筑的浇筑墙体。现有的墙体白天吸收环境中的热量，夜间再将吸收的热量散失的环境空气中。为了减少夜间墙体将热量散失到室外的空气中，一般在墙体外侧设置保温层，虽然保温层可以有效的防止夜间墙体内的热量散失到室外的空气中，但也阻碍了白天墙体的热量的吸收。本发明中通过重力热管50将保温层10外侧的热量搬运到墙体内侧，增加了白天墙体对环境热量的吸收储存。本发明在墙体内侧设置有相变材料层30，相变材料层30能够维持室内温度的同时，将多余的热量快速吸收并存储。夜间，当室内温度降低时，骨架层20内储存的热量传递给风道40内的空气，风道40内形成热压，在热压的作用下，吸收了骨架层20内储存的热量的热空气通过风道40上端的出风口流进室内，室内的冷空气从风道40下端的进风口进入风道40继续热交换，相变材料层30的外表面通过热辐射和对流换热的方式将存储的热量送入室内。本发明的主被动式太阳能蓄热释热墙体能够更大限度的将白天的热量储存在墙体中，晚上风道内形成热压，墙体内部存储的热量通过对流换热的方式送出墙外得以利用。

如图1和图2所示，所述主被动式太阳能蓄热释热墙体还包括太阳能集热器60、水箱61和换热管路62，所述换热管路62的一端与水箱61的出水口相连通，所述换热管路62的另一端与太阳能集热器60的进水口相连通，所述太阳能集热器60的出水口与水箱61的进水口相连通，所述换热管路62设置在相变材料层30内。

太阳能集热器60用于将太阳能转化为热加以储存或者利用。本发明中的太阳能集热器60是将太阳能转化为热能并储存在水中，其包括真空管集热器、支架和电加热器等。本发明中采用真空管集热器来加热热水，热水存储在水箱61中，水箱61内配有电加热器，从水箱61中将热水通过PVC管与相变材料层30换热从而将热量储存到相变材料层30中，换热后的冷水通过水泵送回太阳能集热器再次进行加热，当太阳能集热器受天气影响时，电加热器开启补充热量，使水温达到要求。

本实施例中，所述换热管路62为PVC管，所述换热管路62位于相变材料层30的下部。PVC管材料经济，韧性好，容易弯折，是理想的换热管道用材。

如图1和图2所示，所述热管冷凝段管栅51和热管蒸发段管栅52的连接段设置有控制工作介质在热管冷凝段管栅51和热管蒸发段管栅52之间流通的控制阀门53。

本发明中在热管冷凝段管栅51和热管蒸发段管栅52的连接段安装控制阀门53。夜间室外温度降低，需要将墙体内存储的热量释放时，可以关闭控制阀门53使得重力热管50停止工作，减少热量流失的室外。

本实施例中，所述重力热管50内的工作介质为甲醇。

本实施例中，所述保温层10采用玻璃棉填充制成。其具有成型好、体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定的特点。

本实施例中，所述相变材料层30采用采用十六醇、癸酸或粉煤灰复合相变材料。

本发明采用十六醇、癸酸或粉煤灰复合相变材料，相变温度在25～35℃附近，属于植物生长最适温度，相变潜热足够大。其发挥作用的机理是十六醇、癸酸或粉煤灰复合相变材料白天，一方面储存来自太阳能集热器和热管收集的热量，另一方面被动吸收太阳辐射的热量，通过相态的变化从环境中吸收巨大的热量进行存储，夜间再将热量释放出来，从而调节相变材料所在周围的局部环境温度，提高系统能源的利用效率。

如图4所示，本发明还公开了一种日光温室，所述日光温室的墙体采用上述的主被动式太阳能蓄热释热墙体。该主被动式太阳能蓄热释热墙体可作为日光温室北侧的墙体。其能够充分利用白天的太阳能，增强夜间日光温室内的温度。

本发明的工作原理是：白天，太阳能集热器60吸收太阳能，利用太阳能对其内部的水进行加热，加热的热水流进水箱61储存或者输送给换热管路62。换热管路62呈S型均匀排布在相变材料层30的下半部且用于将换热管路62内流通的热水中的热量传递给相变材料层30，相变材料层30将吸收的热量通过相变进行存储。

在墙体的骨架层20的外侧铺设保温层10，骨架层20的内侧铺设PCM材料即相变材料层30，重力热管50的热管冷凝段管栅51设置在相变材料层30的内，热管蒸发段管栅52设置在保温层10的外侧，热管蒸发段管栅52吸收室外环境中的热量，热管蒸发段管栅52内的工作介质由液态变为气态，携带者热量从热管蒸发段管栅52进入热管冷凝段管栅51，在热管冷凝段管栅51气态的工作介质冷凝变为液态，将携带的热量释放出来，释放的热量被相变材料层30吸收。

夜间，打开风道40，关闭控制阀门53，重力热管50停止工作，水箱61中的热水的继续将热量输送给相变材料层30，相变材料层30将一部分的热量传递给风道40内的空气，空气被加热后，在热压的作用下，顺着风道40上端的出风口送进室内，使室内的温度升高。顺着风道40下端的冷空气，通过顺着风道40下端的进风口进入风道40。此时，室内的空气被循环加热，室内温度上升。同时，骨架层20吸收的热量也传递给风道40内的空气，提高了墙体的储热能力。相变材料层30外表面通过热辐射和对流换热的方式将存储的热量送入室内。本发明将可再生的太阳能能，通过高蓄热材料与日光温室墙体相结合，形成新型的节能，保温的日光温室墙体。

以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。