一种高性能相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体系.pdf

一种高性能相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体系，属于可再生能源建筑领域。该体系包括太阳能空气集热器、相变蓄热轻质墙体、地板层；轻质墙体的内表面层为水泥复合定形相变材料板，中间层为墙体空气通道，外表面层为轻质墙体材料板；地板层的底层为保温材料层，中间层为地板空气通道，地板空气通道周围及上层用水泥复合定形相变材料砂浆填充夯实找平，上层为地板饰面层；相变蓄热轻质墙体空气通道与对应位置的地板空气通道串联连接成单元组；然后各单元组空气通道通过管道并联联接；单元组依次与回风管道、回风阀门、通风机、太阳能空气集热器、送风管道、送风阀门串联形成闭式空气回路。本发明使得边远或高原寒冷地区室内温度保持在9-12度。

1.  一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体系，其特征在于：包括 太阳能空气集热器、相变蓄热轻质墙体、地板层；
所述相变蓄热轻质墙体的内表面层为水泥复合定形相变材料板，中 间层为钢板制成的墙体空气通道，外表面层为轻质墙体材料板；所述地 板层的底层为保温材料层，中间层为钢板制成的地板空气通道，地板空 气通道周围及上层用水泥复合定形相变材料砂浆填充夯实找平，上层为 地板饰面层；相变蓄热轻质墙体空气通道与对应位置的地板空气通道串 联连接成单元组；然后各单元组空气通道通过管道并联联接；并联后的 单元组依次与回风管道、回风阀门、通风机、太阳能空气集热器、送风 管道、送风阀门串联形成闭式空气回路，构成通过墙体内表面和地板表 面以辐射和自然对流换热方式向建筑房间内供暖的新型相变蓄热轻质 墙体太阳能空气供暖系统。

2.  根据权利要求1所述的一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体 系，其特征在于：所述地板空气通道还设置有地面送风管道，所述地面 送风管道上设置有地面送风调节风口；所述墙体空气通道还设置有墙体 回风管道，所述墙体回风管道上设置有回风调节风口；所述墙体回风调 节风口、墙体回风管道、回风管道、回风阀门、通风机、太阳能空气集 热器、送风管道、送风阀门、墙体空气通道、地板空气通道、地面送风 管道、地面送风调节风口形成以强迫对流换热方式直接向建筑房间内送 风供暖的下送上回式送风供暖系统。

3.  根据权利要求1所述的一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体 系，其特征在于：相邻的墙体空气通道之间间隔为100～500mm；相邻的 地板空气通道的间隔为100～500mm。

4.  根据权利要求1所述的一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体 系，其特征在于：所述地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层厚度为 100～200mm；该相变材料砂浆的导热系数λ为0.3-0.6W/(m·℃)，相变 温度t＝20～26℃，潜热量h为120～140kJ/kg。

5.  根据权利要求1所述的一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体 系，其特征在于：所述水泥复合定形相变材料蓄热墙体板厚度为30～ 100mm；该相变材料板的导热系数λ为0.3-0.6W/(m·℃)，相变温度 t＝20～26℃，潜热量h为120～140kJ/kg。

6.  根据权利要求1所述的一种相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体 系，其特征在于：所述轻质材料墙体板或地板保温材料板的厚度为 50～150mm。

一种高性能相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖体系
技术领域
本发明涉及一种将轻质建筑围护结构与相变蓄热墙体材料相结合，构筑 新型太阳能空气供暖体系，属于可再生能源建筑应用领域。
背景技术
随着城镇化的快速发展，我国现在正处在城市建设的高峰期,建筑能源 消耗迅猛增长。截止2012年，我国建筑总能耗为6.90亿吨标准煤，占到全国 消费总能耗的19.1％，预计到2020年，我国将“再建一个中国”，城镇建筑 面积达到300亿m²，建筑能耗将占到全国消费总能耗的33％。采用新材料、 新技术、新理念，大幅降低建筑能耗，是建设绿色建筑、实现建筑可持续发 展的关键所在。
建筑围护结构体系的轻量化、产业化将成为未来建筑的重要发展方向。 采用轻质建筑材料构筑的围护结构虽减少了建筑结构的重量、体积和建造时 间，但同时也因为建筑围护结构的轻质化，与以往的重质建筑材料(例如， 砖、混凝土等)相比，围护结构的蓄热性能差、房间温度波动大、热舒适性 不好。因此，如何提高轻质围护结构的蓄热性能，成为人们关注的重点。
专利号为ZL201010210819.2，发明名称为“一种水泥复合定形相变材料 砂浆及其制备方法”(授权公告日为2012年10月31日)公开了一种水泥复合 定形相变材料砂浆及其制备方法，属于建筑材料领域。水泥复合定形相变材 料砂浆由包括亲水性表面改性处理的改性定形相变材料和包括聚合物胶凝 材料和纤维增强材料改性水泥基材料组成，其改性定形相变材料最大用量为 570kg/m³，改性水泥基材料中聚合物胶凝材料的用量按固含量占水泥用量的 3～10％，纤维增强材料为0.7-1kg/m³，砂浆的拉伸粘结强度0.10MPa以上， 本发明材料来源广泛、成本低廉，储能耐久性好，可有效提高轻质围护结构 的蓄热性能，适用范围广。
发明内容
本发明为了提高轻质围护结构建筑的太阳能热利用效率，将水泥复合定 形相变材料板与轻质建筑围护结构有机结合，构筑一种高性能相变蓄热轻质 墙体，并与太阳能空气集热器结合构筑一种新型太阳能建筑供暖体系，以解 决轻质围护结构蓄热与太阳能高效利用的技术问题。
本发明采用了如下技术方案：
包括太阳能空气集热器、相变蓄热轻质墙体、地板层；
所述相变蓄热轻质墙体的内表面层为水泥复合定形相变材料板，中间层 为钢板制成的墙体空气通道，外表面层为轻质墙体材料板；所述地板层的底 层为保温材料层，中间层为钢板制成的地板空气通道，地板空气通道周围及 上层用水泥复合定形相变材料砂浆填充夯实找平，上层为地板饰面层；相变 蓄热轻质墙体空气通道与对应位置的地板空气通道串联连接成单元组；然后 各单元组空气通道通过管道并联联接；并联后的单元组依次与回风管道、回 风阀门、通风机、太阳能空气集热器、送风管道、送风阀门串联形成闭式空 气回路，构成通过墙体内表面和地板表面以辐射和自然对流换热方式向建筑 房间内供暖的新型相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖系统。
进一步地，所述地板空气通道还设置有地面送风管道，所述地面送风管 道上设置有地面送风调节风口；所述墙体空气通道还设置有墙体回风管道， 所述墙体回风管道上设置有回风调节风口；所述墙体回风调节风口、墙体回 风管道、回风管道、回风阀门、通风机、太阳能空气集热器、送风管道、送 风阀门、墙体空气通道、地板空气通道、地面送风管道、地面送风调节风口 形成以强迫对流换热方式直接向建筑房间内送风供暖的下送上回式送风供 暖系统。
相邻的墙体空气通道之间间隔为100～500mm；相邻的地板空气通道的间 隔为100～500mm。
所述地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层厚度为100～200mm；该相变 材料砂浆的导热系数λ为0.3-0.6W/(m·℃)，相变温度t＝20～26℃，潜热量 h为120～140kJ/kg。
所述水泥复合定形相变材料蓄热墙体板厚度为30～100mm；该相变材料 板的导热系数λ为0.3-0.6W/(m·℃)，相变温度t＝20～26℃，潜热量h为 120～140kJ/kg。
所述水泥复合定形相变材料蓄热墙体板厚度为30～100mm，其厚度视工 程建造地区的室外气象条件而确定。
所述轻质材料墙体板与地板保温材料板的厚度为50～150mm，其厚度及 保温性能视工程建造地区的室外气象条件及建筑节能设计标准而确定。
所述太阳能空气集热器可就近安装在建筑屋顶。
本发明可将太阳能空气集热器、相变蓄热轻质墙体空气通道、地板空气 通道有机的组合起来，利用太阳能空气集热器将太阳能转化成热空气，热空 气顺序流入相变蓄热轻质墙体空气通道、地板空气通道，并将热量通过热传 导的方式传递给水泥复合定形相变材料板、地板水泥复合定形相变材料砂浆 填充层，并以潜热的形式蓄存在其内；待建筑房间环境温度较低时，被蓄存 的大量太阳热能将通过墙体内表面和地板表面通过辐射和对流的热传递方 式向室内释放热量，以维持室内环境热舒适性，减少建筑对化石能源的依赖； 轻质墙体材料板与地板底层的保温材料层采用良好性能的保温材料，可以确 保最大限度减小通过围护结构传导到室外的热量。
本发明的工作过程如下：
白天：通风机开启，太阳能空气集热器将太阳能转化成热空气。通过太 阳能集热器被加热后的热空气进送风管道、送风阀门、墙体空气通道、地板 空气通道、墙体空气通道；进而将热量通过热传导的方式传递给水泥复合定 形相变材料板、地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层，并以潜热的形式蓄 存在其内；释放热量后的较低温空气通过回风管道、回风阀门和通风机再次 送入太阳能集热器，周而复始、不断循环；与此同时，被加热后的墙体内表 面和地板表面以辐射和自然对流换热方式向建筑房间内供暖。
进一步，所述地板空气通道还设置有地面送风管道，所述地面送风管道 上设置有地面送风调节风口；地面送风管道、地面送风调节风口直接将热空 气送入室内，为室内供暖；所述墙体空气通道还设置有墙体回风管道，所述 墙体回风管道上设置有回风调节风口；所述墙体回风调节风口、墙体回风管 道、回风管道、回风阀门、通风机、太阳能空气集热器、送风管道、送风阀 门、墙体空气通道、地板空气通道、地面送风管道、地面送风调节风口形成 以强迫对流换热方式直接向建筑房间内送风供暖的下送上回式送风供暖系 统。也即，热空气经送风管道、送风阀门、墙体空气通道、地面空气通道直 接将热空气送入室内，快速向室内供暖；放出热量后的较低温度空气通过墙 体回风管道、回风阀门送入太阳能空气集热器并被加热；再次直接通入室内， 周而复始、不断循环。
夜间：关闭通风机，水泥复合定形相变材料板通过其表面、地板水泥复 合定形相变材料砂浆填充层通过地面饰面层表面将白天蓄集的太阳热能通 过辐射和自然对流换热的方式继续向建筑房间内供暖。
本发明的有益效果为：利用相变蓄热墙体材料的高蓄热容量特性，将水 泥复合定形相变材料板板与轻质墙体材料板有机复合，提高轻质围护结构的 蓄热性能，使得采用轻质围护结构的建筑，高效利用太阳能为建筑房间供暖 成为了可能，提高了太阳能在建筑中应用的利用效率，为建筑节能减排提供 了新的技术途径和应用方法。
附图说明
图1本发明的供暖构筑体系系统原理图；
图2本发明的供暖构筑体系平面图；
图3本发明的供暖构筑体系A-A剖面图；
图4本发明的供暖构筑体系B-B剖面图。
图中：1、太阳能空气集热器，2、送风管道，3、送风阀门，4、墙体空 气通道，5、地板空气通道，6、回风管道，7、回风阀门，8、通风机，9、 地面送风管道，10、地面送风调节风口，11、墙体回风管道，12、墙体回风 调节风口，13、水泥复合定形相变材料板，14、轻质墙体材料板，15、地板 保温材料层，16、地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层，17、地板饰面层， 18、土壤，19、吊顶。
具体实施方式
下面结合附图1～4对本发明的新型太阳能空气集热系统与相变材料围护 结构一体化的供暖构筑体系进行详细说明。
本体系的结构如图1-4所示，主要包括水泥复合定形相变材料板13、太 阳能空气集热器1、墙体空气通道4、轻质墙体材料板14、地板保温材料层 15、地板空气通道5、地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层16、地板饰面 层17。
相变蓄热轻质墙体的内表面层为水泥复合定形相变材料板13，中间层为 薄钢板制成的墙体空气通道4，外表面层为保温性能好的轻质墙体材料板14 (如图1所示)；地板层的底层为保温材料层15，中间层为薄钢板制成的地 板空气通道5，地板空气通道5周围及上层用水泥复合定形相变材料砂浆16 填充找平，上层为地板饰表层17(如图1所示)。相变蓄热轻质墙体空气通 道4与对应位置的地板空气通道5串联连接成单元组；然后各单元组空气通 道通过管道并联联接；并联后的单元组依次与回风管道6、回风阀门7、通 风机8、太阳能空气集热器1、送风管道2、送风阀门3串联形成闭式空气回 路，构成新型相变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖系统。墙体空气通道4和地 板空气通道5的间隔为100～500mm，地板水泥复合定形相变材料砂浆填充层 16厚度为100～200mm，水泥复合定形相变材料蓄热墙体板13厚度为30～ 100mm，轻质材料墙体板14与地板保温材料板15的厚度为50～150mm，上 述材料厚度及保温性能视工程建造地区的室外气象条件及建筑节能设计标 准而确定，太阳能空气集热器1可就近安装在建筑屋顶，进而构成通过墙体 内表面和地板表面以辐射和自然对流换热方式向建筑房间内供暖的新型相 变蓄热轻质墙体太阳能空气供暖系统。
如图1所示，地板空气通道5还设置有地面送风管道9，地面送风管道 9上设置有地面送风调节风口10；墙体空气通道4还设置有墙体回风管道11， 墙体回风管道11上设置有回风调节风口12；墙体回风调节风口12、墙体回 风管道11、回风管道6、回风阀门7、通风机8、太阳能空气集热器1、送风 管道2、送风阀门3、墙体空气通道4、地板空气通道5、地面送风管道9、 地面送风调节风口10形成以强迫对流换热方式直接向建筑房间内送风供暖 的下送上回式送风供暖系统。
其中，本实施例中的水泥复合定形相变材料板13、地板水泥复合定形相 变材料砂浆填充层16可由ZL201010210819.2中的水泥复合定形相变材料砂 浆构成(具体可参考ZL201010210819.2说明书，其水泥复合定形相变材料 砂浆包括由亲水性表面改性处理的改性定形相变材料和包括聚合物胶凝材 料和纤维增强材料改性水泥基材料组成，改性定形相变材料最大用量为 570kg/m³，改性水泥基材料中聚合物胶凝材料的用量按固含量占水泥用量的 3～10％，纤维增强材料为0.7-1kg/m³，砂浆的拉伸粘结强度0.10MPa以上)， 或者实施例中的水泥复合定形相变材料板13、地板水泥复合定形相变材料砂 浆填充层16还可由其它材料构成，其具体实施或构成并不局限于 ZL201010210819.2所述的材料。
以上是本发明的一典型实施例，本发明的实施不限于此。建筑围护结构 体系的轻量化、产业化将成为未来建筑的重要发展方向。采用轻质建筑材料 构筑的围护结构虽减少了建筑结构的重量、体积和建造时间，但同时也因为 建筑围护结构的轻质化，与以往的重质建筑材料(例如，砖、混凝土等)相 比，围护结构的蓄热性能差、房间温度波动大、热舒适性不好。因此，如何 提高轻质围护结构的蓄热性能，成为人们关注的重点。
例如，一些地处边远或高原寒冷地区国防哨所的营房、多层或低层建筑 民房、日光温室，这类地区共同特点是，冬季室外温度虽然低、但太阳能资 源丰富，另外由于地处边远或高原地区，常用的重质建筑墙体材料(例如， 水泥、砂子、砖、等)交通输送不方面，多采用保温性能较好、但材料密度 较小的轻质建筑墙体材料，这类材料虽然解决了墙体的保温问题，但墙体的 蓄热性能由于远低于混凝土墙或砖墙这类重质建筑墙体材料，致使这类建筑 无法有效利用当地的太阳能资源供暖。为此，本发明专利提出采用密度较小 但等价比热容约为砖墙20倍的水泥复合定形相变材料蓄热墙体板，并利用有 效的热力传输方式，即在有效解决轻质建筑墙体材料蓄热能力低的问题的同 时，还为太阳能在地处边远或高原寒冷地区国防哨所的营房、多层或低层建 筑民房、日光温室建筑供暖应用提供了途径和方法。利用本发明能够使得一 些地处边远或高原寒冷地区国防哨所的营房、多层或低层建筑民房室内温度 保持在9-12度；并且还能够使寒冷地区日光温室的西红柿等喜温蔬菜产量提 高30％以上。