一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括地板層，所述地板層內(nèi)設(shè)置有相變材料層，所述地板層下面設(shè)置有帶有通風(fēng)窗的通風(fēng)層，所述相變材料層由依次排列設(shè)置的兩端口封閉的套管構(gòu)成，所述套管內(nèi)穿設(shè)有凸出于套管兩端口的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管上等間距的排列設(shè)置有用于強化導(dǎo)熱的肋片，所述套管與導(dǎo)管之間填充有相變材料，套管的一端還設(shè)置有接口；所述導(dǎo)管的一端分別與分水器相連接，另一端分別與集水器相連接，所述分水器和集水器分別設(shè)置有冷熱媒進(jìn)口管和冷熱媒出口管。本發(fā)明可實現(xiàn)跨季節(jié)使用，冬季供暖，夏季輔助調(diào)節(jié)室溫，具有改善空氣質(zhì)量，節(jié)約能耗等優(yōu)點。
【專利說明】一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，更具體的說，是涉及一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在我國北方地區(qū)，供暖是解決居民冬季基本生活需求的社會服務(wù)，供暖在冬季是必不可少的。地面輻射供暖作為一種健康衛(wèi)生條件和舒適度都比較高的供暖方式，近幾十年來在我國發(fā)展迅速，業(yè)已逐步成為主流供暖方式。低溫地面在室內(nèi)形成腳底至頭部逐漸遞減的溫度梯度，符合中醫(yī)“溫足頂涼”的健身理論，是目前最舒適的采暖方式，也是現(xiàn)代生活品質(zhì)的象征。經(jīng)過多年的發(fā)展，隨著一些相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程相繼出臺，地面輻射供暖技術(shù)也越發(fā)成熟和完善，但地面輻射供暖技術(shù)還是存在一定的升華空間。
[0003]供暖系統(tǒng)，尤其是地面輻射供暖系統(tǒng)往往造價較高，卻只能在冬季一個季節(jié)使用，而過渡季及夏季要依靠其他的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)方式來實現(xiàn)舒適環(huán)境的營造。這既造成了資源的浪費，還在一定程度上促成了能源結(jié)構(gòu)的惡化。如何改進(jìn)地面輻射供暖技術(shù)，使其在過渡季及夏季同樣能夠應(yīng)用或起到輔助調(diào)節(jié)的效果，不僅可以避免資源浪費，而且還能在一定程度上降低建筑的能耗水平，實現(xiàn)能源的高效利用，對我國未來的經(jīng)濟發(fā)展及能源戰(zhàn)略有著重要的意義。
[0004]相變材料儲能技術(shù)是近年來建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展的熱點之一，具有多重優(yōu)勢，尤其是在配合建筑冷熱源使用方面最具優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在以下幾點:首先，各類相變材料在相變過程中會吸收或釋放相變潛熱，其熱量相對于顯熱熱量要大得多，這就意味著建筑余熱和余冷可儲存在相變材料中，有效的避免了能量散失，具備了實現(xiàn)跨季節(jié)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。其次，相變材料種類眾多，不同的材料具有不同的物理性質(zhì)，可以針對某一類型建筑根據(jù)其季節(jié)性要求或使用功能進(jìn)行選擇。再次，相變材料是一種蓄熱能力強，熱惰性大的材料，其作為建筑材料應(yīng)用在房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，不論季節(jié)都可對室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生明顯的穩(wěn)定作用，使得建筑更加宜居。最后，在相變過程進(jìn)行的同時材料自身的溫度幾乎維持不變或變化較小，形成一個寬的溫度平臺，不論冬夏，室內(nèi)溫度始終維持在相變材料相變溫度附近，室內(nèi)熱環(huán)境可始終保持最舒適的狀態(tài)。
[0005]專利號為CN103244990A的中國專利公開了一種計算機控制的自限溫復(fù)合儲能地面集中供暖系統(tǒng)，其中，復(fù)合儲能地面從上至下分別為地面裝飾層、找平層、絕熱層、結(jié)構(gòu)層；在找平層中鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)；在找平層中鋪設(shè)復(fù)合管和相變儲能槽，在相變儲能槽內(nèi)設(shè)袋裝相變儲能材料，復(fù)合管置于鐵絲網(wǎng)上，其鋪設(shè)的方式為平面的往復(fù)螺旋形；在高度方向上，相變儲能槽設(shè)在找平層上部與地面裝飾層接觸的位置；在水平面上，相變儲能槽設(shè)在復(fù)合管的管路的空檔位置；復(fù)合管為自限溫水電兩用自冷熱水管。一次性投資低，實現(xiàn)了自動化控制，無區(qū)域限制，免于維護(hù)，事故率低；全谷期用電、非谷期中斷負(fù)荷，節(jié)約能源，約供暖費用。該系統(tǒng)存在的問題是只可在供暖季使用，不可實現(xiàn)跨季節(jié)的應(yīng)用。其次通過其描述可以推斷出相變材料在此系統(tǒng)中僅作為蓄熱單元使用，而忽略了相變材料維持室溫穩(wěn)定的作用。再次，通過谷期用電加熱蓄能并不能實現(xiàn)真正意義上的顯著節(jié)能。
[0006]專利號為CN201210169219.5的中國專利公開了一種由軟脂酸、肉豆蘧酸、石蠟組成的太陽能相變儲能復(fù)合材料。該相變儲能復(fù)合材料無添加劑，相變潛熱大，蓄熱量高。其吸熱峰在46-50°C，放熱峰在44°C左右。用于地板輻射采暖，將該相變儲能復(fù)合材料填裝于儲熱罐中，將儲熱罐安裝在太陽能熱水器與熱水箱之間，在夜晚或環(huán)境溫度降低時，相變復(fù)合材料固化放熱，從而可繼續(xù)向地板輻射采暖器提供所需40°C左右的熱水保證采暖正常進(jìn)行。該復(fù)合材料及應(yīng)用方式存在的問題是相變溫度較正常室溫高，夏季室溫升高時也完全是凝固狀態(tài)，不能夠?qū)崿F(xiàn)相變材料調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫的跨季節(jié)應(yīng)用，只可在供暖季進(jìn)行使用。同時該專利也具有不少的優(yōu)點，尤其是對可再生能源一太陽能的利用，是其較大的亮點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可實現(xiàn)跨季節(jié)使用，冬季供暖，夏季輔助調(diào)節(jié)室溫，改善空氣質(zhì)量，節(jié)約能耗的可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括地板層，所述地板層內(nèi)設(shè)置有相變材料層，所述地板層下面設(shè)置有帶有通風(fēng)窗的通風(fēng)層，所述相變材料層由依次排列設(shè)置的兩端口封閉的套管構(gòu)成，所述套管內(nèi)穿設(shè)有凸出于套管兩端口的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管上等間距的排列設(shè)置有用于強化導(dǎo)熱的肋片，所述套管與導(dǎo)管之間填充有相變材料，套管的一端還設(shè)置有接口 ；所述導(dǎo)管的一端分別與分水器相連接，另一端分別與集水器相連接，所述分水器和集水器分別設(shè)置有冷熱媒進(jìn)口管和冷熱媒出口管。
[0010]所述地板層設(shè)置有上下貫穿的孔洞。
[0011]所述通風(fēng)層通過地板層上的孔洞與室內(nèi)空氣相通，通風(fēng)層與南、北兩側(cè)墻體接觸部分分別設(shè)有通風(fēng)窗。
[0012]所述通風(fēng)層采用折線形風(fēng)道設(shè)計，內(nèi)部有砌體結(jié)構(gòu)將通風(fēng)層整體空間分隔成風(fēng)道形狀。
[0013]所述相變材料由脂肪酸與高碳醇類的混合物制成，相變溫度為15°C?30°C。
[0014]所述脂肪酸由正癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸其中的一種或多種構(gòu)成。
[0015]所述高碳醇為十二醇、十四醇、十六醇或十八醇其中的一種或多種構(gòu)成。
[0016]所述脂肪酸與高碳醇類的質(zhì)量比為46.4?97.5:2.5?53.6。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是:
[0018]1、不論冷媒或熱媒都可流經(jīng)導(dǎo)管，為相變材料蓄冷或蓄熱，實現(xiàn)跨季節(jié)蓄能。
[0019]2、相變材料設(shè)置在在離冷熱媒最近的位置卻又與冷熱媒隔離開來，在保證傳熱效果的同時使得相變材料成為一個單獨的部分，即使不依靠冷熱媒的能量，也可對室內(nèi)熱環(huán)境起到調(diào)控的作用。
[0020]3、相變材料選用正癸酸(67.5% )+十六醇(32.5% )的低共熔混合物，其相變溫度與室內(nèi)溫度相接近，在19-28°C之間，可以防止室內(nèi)過熱、過冷和溫度較大的波動，材料相變潛熱約為140KJ/Kg，完全可以滿足冬季供暖夜間室內(nèi)需熱要求以及夏季輔助調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度的要求。
[0021]4、通風(fēng)層的設(shè)置可以實現(xiàn)過渡季節(jié)空氣自然循環(huán)過程，調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的同時改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體構(gòu)造結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是圖1中通風(fēng)層的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明中通風(fēng)層與地板層的簡要結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明的相變材料層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5是圖4中套管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記:1_地板2-相變材料層3-通風(fēng)層4-分水器5-集水器6-砌體結(jié)構(gòu)7-冷熱媒進(jìn)口管路8-冷熱媒出口管路9-北通風(fēng)窗10-南通風(fēng)窗11-南通風(fēng)窗12-孔洞13-套管14-導(dǎo)管15-肋片16-接口 17-相變材料填充腔

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0029]如圖1和圖3所示:本發(fā)明涉及的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包括:地板1，地板I為混凝土澆筑，相變材料層2設(shè)置在地板內(nèi)部，地板上有孔洞12，上下貫穿地板1，地板I的下面設(shè)置有通風(fēng)層3。
[0030]通風(fēng)層3的構(gòu)造參見附圖2和附圖3，通風(fēng)層3位于地板I的下方，地面的上方，且在與地面接觸到的部分均貼有45_厚的聚苯保溫板；通風(fēng)層3為一個空間構(gòu)造，內(nèi)部有多處磚塊砌體結(jié)構(gòu)6將其空間分隔成風(fēng)道，通風(fēng)層3與建筑外墻接觸處設(shè)有通風(fēng)窗，其中與南外墻接觸處設(shè)有兩個通風(fēng)窗即南通風(fēng)窗10和南通風(fēng)窗11，與北外墻接觸處設(shè)有一個北通風(fēng)窗9 ;通風(fēng)層3與室內(nèi)通過孔洞12相通，孔洞12上還設(shè)有可開啟和關(guān)閉的蓋板。
[0031]如圖4和圖5所示，相變材料層2由依次排列設(shè)置的套管13構(gòu)成，所述套管13內(nèi)穿設(shè)有凸出于套管13兩端口的導(dǎo)管14，套管13兩端口與導(dǎo)管14封閉連接成一體，套管13內(nèi)的導(dǎo)管14上等間距的排列設(shè)置有用于強化導(dǎo)熱的肋片15，肋片15與套管13的內(nèi)壁存有一定的間隙，由此套管13、導(dǎo)管14及肋片15共同構(gòu)成一體的相變材料填充腔17，相變材料填充腔17內(nèi)填充有相變材料，套管13的一端還設(shè)置有用于填充相變材料及加裝自動排氣閥的接口 16。
[0032]導(dǎo)管14的一端分別與分水器4相連接，分水器4與套管13處在同一平面，也設(shè)置在地板I中，該分水器4頂部接口與冷熱媒進(jìn)口管路7相連，分水器4上還設(shè)置有多個用于與導(dǎo)管14相連接的接口 ；導(dǎo)管14另一端分別與集水器5相連接，集水器5也與套管13處在同一平面，埋在地板I中，集水器5底部接口與冷熱媒出口管路8相連，其上同樣也設(shè)置有多個用于與導(dǎo)管14相連接的接口。
[0033]如圖4所示，冷熱媒進(jìn)口管路7的下端與分水器4頂端接口相連，上端為一接口，可與來自冷熱源的管路連接；冷熱媒出口管路8，下端與集水器5底端接口相連，使整個地下管網(wǎng)形成同程式，其下端與集水器相連管路有一部分設(shè)置在地板內(nèi)，位置與集水器5大致在同一平面，稍有坡度，并在沿坡度向下處設(shè)有三通，其中一通延伸至室外作為排水管；多根并聯(lián)設(shè)置鋪設(shè)于地板下的套管13以及分水器4、集水器5、冷熱媒進(jìn)口管路7和冷熱媒出口管路8共同組成了相變材料層2。
[0034]本實施例中，套管13的管徑為DN50?DN150，長度為2.5m?5.5m ;導(dǎo)管14的管徑為DN15?DN32，長度為2.7m?6m?？筛鶕?jù)實際需要確定套管13即導(dǎo)管14的長度和管徑，適用性較強；分水器4和集水器5直徑為50mm?200mm，冷熱媒進(jìn)口管路7及冷熱媒出口管路8的水管管徑為DN15?DN100。
[0035]此外，相變材料填充腔17內(nèi)設(shè)置的相變材料為脂肪酸與高碳醇類的混合物，相變溫度15°C?30°C。其中脂肪酸為正癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸；高碳醇為十二醇、十四醇、十六醇或十八醇；脂肪酸與高碳醇類的質(zhì)量比為46.4?97.5:2.5?
53.6 ;所述的脂肪酸和高碳醇的熔點都小于80°C。
[0036]本發(fā)明的工作過程如下:
[0037]冬季供暖:通風(fēng)層3的所有通風(fēng)窗均為關(guān)閉狀態(tài)，熱媒通過冷熱媒進(jìn)口管路7進(jìn)入地板I內(nèi)管網(wǎng)，將熱量供給套管13中的相變材料及室內(nèi)空氣，進(jìn)行供暖；當(dāng)熱媒停止供給熱量時，套管13中的相變材料發(fā)生相變，將儲存的相變潛熱供給室內(nèi)空氣，繼續(xù)供暖過程。
[0038]過渡季:套管13及地板I中管網(wǎng)處于閑置狀態(tài)，通風(fēng)層3的通風(fēng)窗及地板I上的孔洞12可根據(jù)需求開啟或關(guān)閉，實現(xiàn)自然蓄冷或蓄熱過程，同時進(jìn)行自然通風(fēng)，提升室內(nèi)空氣品質(zhì)。
[0039]夏季:當(dāng)主動供冷時，通風(fēng)層3的所有通風(fēng)窗均處于關(guān)閉狀態(tài)，冷媒通過冷熱媒進(jìn)口管路7進(jìn)入地板I內(nèi)管網(wǎng)，將冷量供給套管13中的相變材料及室內(nèi)空氣，帶走熱量；當(dāng)熱媒停止供給熱量時，套管13中的相變材料發(fā)生相變，將室內(nèi)空氣中的熱量吸收儲存，繼續(xù)供冷過程。當(dāng)沒有主動供冷時，在夜晚室外空氣溫度較低的時候，通風(fēng)層3的通風(fēng)窗開啟，同時地板I上的孔洞12開啟，通過室內(nèi)外空氣的自然循環(huán)帶走室內(nèi)熱量，同時為相變材料蓄冷。
【權(quán)利要求】
1.一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括地板層，其特征在于，所述地板層內(nèi)設(shè)置有相變材料層，所述地板層下面設(shè)置有帶有通風(fēng)窗的通風(fēng)層，所述相變材料層由依次排列設(shè)置的兩端口封閉的套管構(gòu)成，所述套管內(nèi)穿設(shè)有凸出于套管兩端口的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管上等間距的排列設(shè)置有用于強化導(dǎo)熱的肋片，所述套管與導(dǎo)管之間填充有相變材料，套管的一端還設(shè)置有接口 ；所述導(dǎo)管的一端分別與分水器相連接，另一端分別與集水器相連接，所述分水器和集水器分別設(shè)置有冷熱媒進(jìn)口管和冷熱媒出口管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述地板層設(shè)置有上下貫穿的孔洞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述通風(fēng)層通過地板層上的孔洞與室內(nèi)空氣相通，通風(fēng)層與南、北兩側(cè)墻體接觸部分分別設(shè)有通風(fēng)窗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述通風(fēng)層采用折線形風(fēng)道設(shè)計，內(nèi)部有砌體結(jié)構(gòu)將通風(fēng)層整體空間分隔成風(fēng)道形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述相變材料由脂肪酸與高碳醇類的混合物制成，相變溫度為15°C?30°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述脂肪酸由正癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸或硬脂酸其中的一種或多種構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述高碳醇為十二醇、十四醇、十六醇或十八醇其中的一種或多種構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可蓄冷蓄熱的相變材料溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述脂肪酸與高碳醇類的質(zhì)量比為46.4?97.5:2.5?53.6。
【文檔編號】F24F5/00GK104329714SQ201410632282
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】呂石磊, 李翼然 申請人:天津大學(xué)