本發(fā)明屬于建筑節(jié)能與可再生能源利用領(lǐng)域，具體涉及一種墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置及利用該裝置實(shí)現(xiàn)墻體自動(dòng)隔熱的方法。

背景技術(shù)：

在建筑的全生命周期中，采暖與空調(diào)的能耗約占建筑總運(yùn)行能耗的55％-65％。建筑能耗的不斷攀升與能源匱乏使得人們越來越注重去開發(fā)新的手段，新的技術(shù)去節(jié)約能源。在建筑能耗中，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱形成的冷熱負(fù)荷是總能耗的一個(gè)重要組成部分。而由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的空調(diào)負(fù)荷占總負(fù)荷的30％左右。因此降低建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，可以從根本上實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。

傳統(tǒng)的降低建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的方法主要是加設(shè)保溫層，但其保溫效果是有限的，且易在熱橋的處理上出現(xiàn)問題。除了直接的降低建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，進(jìn)一步地，為了克服其存在的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中也會(huì)使用一些新的建筑材料，間接地降低建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，如相變材料，其可主動(dòng)或被動(dòng)蓄、放熱。在夏天白天相變材料吸收室外的傳熱，減少向室內(nèi)的傳熱，但是在晚上，吸收了熱的相變材料溫度較高，需要向外排熱，其向外排熱僅依靠與室外的溫差的被動(dòng)散熱，效果差，導(dǎo)致很多熱也同時(shí)向室內(nèi)傳遞。因此節(jié)能效果非常差，相變墻體的夏季節(jié)能率不到5％。

專利文獻(xiàn)cn204199450u公開了一種太陽能與相變蓄能材料集成應(yīng)用的能源自維持建筑，包括相變房屋和屋頂上的太陽能系統(tǒng)。其中，相變房屋的水泥地板內(nèi)埋設(shè)有相變套管，相變套管內(nèi)設(shè)置有相變材料，多根相變套管水平設(shè)置組成相變材料層，所述相變材料為無機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料的低共熔混合物。太陽能集熱器通過管路與相變套管形成一個(gè)完整的太陽能熱水系統(tǒng)循環(huán)回路。該方案中，房屋結(jié)構(gòu)與太陽能系統(tǒng)通過相變套管結(jié)合，通過相變材料穩(wěn)定室內(nèi)熱環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)冬季太陽能在單體住宅中的高效、多元利用，同時(shí)維持其他季節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境的舒適及穩(wěn)定，最大程度地利用可再生能源，減少了建筑能耗。

上述方案實(shí)際上是一種利用太陽能并結(jié)合相變材料進(jìn)行建筑物供暖和能量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其中主要是最大化的利用能源，保持冬季建筑物中溫度穩(wěn)定，從而可以減小其他能源消耗，達(dá)到降低能耗的目的。該方案中的建筑物墻體客觀上具有一定的保溫和隔熱 作用，但是其由于需要熱源系統(tǒng)的加入，而且特別重要的是，為了實(shí)現(xiàn)降低能耗，其需要進(jìn)行一系列的控制處理，例如各種閥門的啟閉控制、溫度檢測和控制等，需要額外的能源消耗，使得其整體效果并不明顯。另外，該方案不能解決相變房屋的夏季排熱問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置，其通過設(shè)置在墻體內(nèi)的外周包覆相變材料的內(nèi)嵌套管與外部管道連通形成的用于工質(zhì)流動(dòng)的循環(huán)回路、利用相變材料蓄熱并通過工質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)以及自然溫差實(shí)現(xiàn)排熱，從而實(shí)現(xiàn)墻體對外界的隔熱保溫，獲得具有優(yōu)良自然隔熱效果的墻體。本發(fā)明還公開了利用該裝置實(shí)現(xiàn)墻體自動(dòng)隔熱的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置，其可使得墻體進(jìn)行間歇式的蓄熱排熱，從而具有自動(dòng)隔熱效果，其特征在于，該裝置包括

至少一個(gè)設(shè)置在墻體內(nèi)的嵌套管，其包括同軸設(shè)置的嵌套內(nèi)管和嵌套外管，其中內(nèi)管和外管之間的空隙中填充有用于吸收墻體熱量的相變材料，用于實(shí)現(xiàn)對墻體熱量蓄熱，所述嵌套內(nèi)管中流經(jīng)有工質(zhì)，通過該流動(dòng)的工質(zhì)可將所述蓄熱的熱量吸收；

液體干管，其與所述嵌套內(nèi)管一端連通，用于液體工質(zhì)流動(dòng)以進(jìn)入所述嵌套內(nèi)管中；

蒸氣干管，其與所述嵌套內(nèi)管另一端連通，相變材料蓄熱傳遞給所述嵌套內(nèi)管中的液體工質(zhì)，吸熱后的液體工質(zhì)受熱后蒸發(fā)為氣態(tài)，通過該蒸氣干管排出；

以及

輻射冷卻裝置，其相對墻體內(nèi)的嵌套管設(shè)置在較高高度處，并分別與所述液體干管和蒸氣干管連通，所述蒸氣干管排出的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入該輻射冷卻裝置后被冷卻變?yōu)橐簯B(tài)并流入與其連通的所述液體干管，通過循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)保持對墻體的蓄熱排熱。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述蒸氣干管與輻射冷卻裝置的接口設(shè)置在輻射冷卻裝置上部，液體干管的入口接在太空輻射冷卻裝置的底部，使得所述氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)冷卻凝結(jié)成的液態(tài)可依靠重力流入所述液體干管中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述輻射冷卻裝置包括位于上部的輻射板和下部的容器，兩者之間形成用于容置工質(zhì)的空腔，優(yōu)選下部容器的底部為弧形。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，墻體內(nèi)的所述嵌套管為多個(gè)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述工質(zhì)蒸發(fā)冷凝溫度比相變材料的熔點(diǎn)溫度略低(比如1～2℃)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述相變材料為石蠟，其相變溫度為28℃-32℃。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，工質(zhì)為水，工質(zhì)通道為真空狀態(tài)，工質(zhì)水的蒸發(fā)冷凝溫度為28℃-32℃之間。

按照本發(fā)明的另一方面，還提供一種利用上述裝置實(shí)現(xiàn)墻體自動(dòng)隔熱的方法，可使得墻體進(jìn)行間歇式的蓄熱排熱，從而具有自動(dòng)隔熱效果，其特征在于，該方法包括

在墻體內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)嵌套管，其中該嵌套管包括同軸設(shè)置的嵌套內(nèi)管和嵌套外管，其中內(nèi)管和外管之間的空隙中填充有用于吸收墻體熱量的相變材料，用于實(shí)現(xiàn)對墻體熱量蓄熱，所述嵌套內(nèi)管中流經(jīng)有工質(zhì)，通過該流動(dòng)的工質(zhì)可將所述蓄熱的熱量吸收；

設(shè)置與所述嵌套內(nèi)管一端連通的液體干管，其用于液體工質(zhì)流動(dòng)并進(jìn)入所述嵌套內(nèi)管中；

設(shè)置與所述嵌套內(nèi)管另一端連通的蒸氣干管，上述相變材料蓄熱傳遞給所述嵌套內(nèi)管中的液體工質(zhì)，吸熱后的液體工質(zhì)受熱后蒸發(fā)為氣態(tài)，通過該蒸氣干管排出；

以及

在相對墻體內(nèi)的嵌套管設(shè)置在較高高度處設(shè)置輻射冷卻裝置，其并分別與所述液體干管和蒸氣干管連通，所述蒸氣干管排出的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入該輻射冷卻裝置后被冷卻變?yōu)橐簯B(tài)并流入與其連通的所述液體干管，通過自動(dòng)循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)保持對墻體的間歇式蓄熱排熱。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中，采用熱管的原理通過工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，利用相變材料具有較大的相變潛熱，可被動(dòng)蓄熱主動(dòng)放熱，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，實(shí)現(xiàn)自調(diào)溫目的，同時(shí)充分利用太空輻射產(chǎn)生的冷卻效果，實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的冷凝放熱。

(2)本發(fā)明將相變材料蓄熱，工質(zhì)蒸發(fā)冷凝熱遷移，太空輻射冷卻三者有機(jī)結(jié)合起來，集成為系統(tǒng)，并發(fā)明具體的裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行，相變材料吸收圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱，減少室內(nèi)熱負(fù)荷，工質(zhì)通過蒸發(fā)將相變材料儲(chǔ)存的熱量搬運(yùn)走，吸收了熱量的氣態(tài)工質(zhì)通過輻射冷卻裝置冷凝放熱，重新流回墻體內(nèi)嵌套管，以便完成下一次熱量搬運(yùn)。

(3)本發(fā)明的間歇式自動(dòng)蓄熱排熱方法及其裝置采用天然冷源，可以有效實(shí)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱的熱量遷移，其建筑物或墻體單獨(dú)地具有保溫或隔熱效果，可以降低建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱，使得建筑物或墻體內(nèi)外節(jié)能最優(yōu)，能很好的維持室內(nèi)熱舒適性，降低空調(diào)能耗，減少碳排放，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)最大化的保溫隔熱效果。

(4)本發(fā)明的裝置，在運(yùn)用相變材料的同時(shí)，充分利用太空輻射產(chǎn)生的低品位能源，以及其相對位置設(shè)置關(guān)系，通過工質(zhì)的流動(dòng)進(jìn)行蓄熱排熱，其利用工質(zhì)自身的重力 以及天然溫度差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔熱，無需額外的控制或能量源，獲得優(yōu)良自然隔熱效果。

附圖說明

本發(fā)明包括的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，結(jié)合在本申請中并構(gòu)成本申請的一部分。

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種間歇式墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，按照本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所提供的間歇式墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置，其包括墻體1內(nèi)的嵌套管2、輻射冷卻裝置3和工質(zhì)循環(huán)管路4、5。

其中，嵌套管2包括嵌套設(shè)置的內(nèi)管和外管，內(nèi)管和外管同軸布置，且外管直徑大于內(nèi)管直徑，使得兩者之間形成間隙，該間隙中填充有相變材料21。如圖1所示，嵌套管2內(nèi)嵌在墻體1內(nèi)，相變材料21填充在套管外管23與套管內(nèi)管22之間，相變材料用于對墻體熱量進(jìn)行蓄熱。

套管內(nèi)管22內(nèi)流經(jīng)有熱管循環(huán)工質(zhì)8，其用于吸收相變材料22的蓄熱并進(jìn)而在流動(dòng)中帶走散發(fā)。具體地，呈液態(tài)的工質(zhì)8(例如可以是水或其他類型工質(zhì))經(jīng)過套管內(nèi)管22時(shí)，相變材料將吸收的熱量傳遞給工質(zhì)，工質(zhì)吸熱揮發(fā)為氣態(tài)。

優(yōu)選地，工質(zhì)循環(huán)管路包括蒸氣干管4、蒸氣支管6、液體干管5以及液體支管7，其中液體支管7一端端口(出口)連接到套管內(nèi)管22的工質(zhì)入口端，蒸汽支管6的一端端口(入口)連接到嵌套內(nèi)管22的工質(zhì)出口端。即液態(tài)的工質(zhì)8從液體支管7中進(jìn)入嵌套內(nèi)管22，并在吸熱揮發(fā)為氣態(tài)后從進(jìn)入蒸汽支管6流出。

另外，液體干管5一端與液體支管7入口連通，用于提供液體工質(zhì)，而蒸氣干管4一端與蒸汽支管6的出口連通，以用于將蒸汽支管6中的蒸汽導(dǎo)出。

在一個(gè)實(shí)施例中，嵌套管2在墻體內(nèi)布置為至少一個(gè)，例如可以為兩個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或其他數(shù)量，具體可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行具體選擇。相應(yīng)地，液體支管7和蒸汽支管6也配套為相同個(gè)數(shù)。

另外，本方案的墻體自動(dòng)蓄熱排熱裝置還包括輻射冷卻裝置，其相對墻體內(nèi)的嵌套管設(shè)置在較高高度處，并分別與所述液體干管5和蒸氣干管4連通，其與蒸氣干管4、 液體干管5以及套管內(nèi)管22相連組成為一支通管，作為工質(zhì)循環(huán)的通路。氣體工質(zhì)經(jīng)過蒸氣干管4進(jìn)入該輻射冷卻裝置中，經(jīng)輻射散熱后冷凝為液態(tài)，依靠重力自然下落并進(jìn)入液體干管5以用于送入套管內(nèi)管22中吸收熱量。依次不斷循環(huán)，完成對墻體的自動(dòng)間歇式的蓄熱排熱

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，蒸氣干管4與輻射冷卻裝置3的接口設(shè)置在輻射冷卻裝置3上部，液體干管5的入口接在太空輻射冷卻裝置3的底部，使得所述氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)冷卻凝結(jié)成的液態(tài)可依靠重力流入所述液體干管5中。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輻射制冷裝置3由位于上部的輻射板和下部的容器而組成，兩者之間形成用于容置工質(zhì)的空腔，優(yōu)選下部容器的底部為弧形。

該裝置具體過程可以如下：

白天時(shí)，墻體內(nèi)嵌套管內(nèi)相變材料21吸收圍護(hù)結(jié)構(gòu)1的得熱，發(fā)生相變(由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài))進(jìn)行蓄熱，同時(shí)也將部分熱量傳遞給套管內(nèi)的工質(zhì)8，液態(tài)工質(zhì)8受熱蒸發(fā)為氣態(tài)，在壓差浮力的作用下通過蒸汽支管6、蒸汽干管4上升到系統(tǒng)頂端輻射冷卻裝置3內(nèi)。

夜間，系統(tǒng)頂端的輻射冷卻裝置3通過太空輻射放熱降低溫度，氣態(tài)工質(zhì)8遇冷冷凝為液態(tài)，在重力的作用下通過液體干管5及液體支管7回流到墻體套管內(nèi)管2-2內(nèi)。冷的液態(tài)工質(zhì)8吸收套管內(nèi)相變材料21儲(chǔ)存的熱量，重新蒸發(fā)為氣態(tài)上升到系統(tǒng)頂端，如此循環(huán)往復(fù)帶走相變材料21蓄存的熱量。相變材料21在工質(zhì)的作用下排熱凝固，以備第二天蓄熱。如此循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)墻體的自動(dòng)蓄熱排熱。

另外，相變材料在工質(zhì)的作用下排熱凝固，以備第二天蓄熱。

優(yōu)選地，工質(zhì)蒸發(fā)冷凝溫度比相變材料的熔點(diǎn)溫度略低，例如優(yōu)選低1～2℃。

在一個(gè)實(shí)施例中，相變材料為石蠟，其相變溫度為28℃-32℃。

在一個(gè)實(shí)施例中，工質(zhì)通道為真空狀態(tài)，工質(zhì)的蒸發(fā)冷凝溫度在28℃-32℃之間。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神與范圍，這樣，倘若本發(fā)明的這些修改與變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。