采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體，包括墻體，其特征是：所述墻體包括自內(nèi)向外依次連接的相變蓄熱層、砌塊層和保溫層構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體，所述相變蓄熱層置于北墻內(nèi)側(cè)，所述保溫層置于北墻最外側(cè)，砌塊層置于相變蓄熱層和保溫層之間。有益效果：本發(fā)明采用以玻化微珠顆粒為主要成分的相變材料，相變材料在蓄放熱過(guò)程中能夠蓄存或釋放大量的潛熱，其高蓄熱、低放熱的相變溫度使復(fù)合墻體表現(xiàn)出明顯的“削峰填谷”的作用，尤其對(duì)于夜間溫度的提升有明顯的效果，有利于溫室大棚中熱環(huán)境的保證；提高了溫室墻體內(nèi)表面材料層的蓄熱能力，確保有效日照時(shí)間內(nèi)充分吸收和蓄存投射在其上的太陽(yáng)熱能，提高太陽(yáng)能利用率。
【專利說(shuō)明】
采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種適合在溫室大棚中應(yīng)用的采用 定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫室大棚利用太陽(yáng)能可W為植物生長(zhǎng)提供適宜的小氣候環(huán)境，具有不受季節(jié)的限 審IJ，不受地域的限制，超時(shí)令生產(chǎn)和提高±地利用率等優(yōu)點(diǎn)。近年塑料溫室大棚依據(jù)其具有 的建筑運(yùn)行成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和方便管理等優(yōu)點(diǎn)，得到了更多農(nóng)民的青睞，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中得 到了更快更好的發(fā)展。塑料溫室大棚是由覆蓋膜和圍護(hù)結(jié)構(gòu)建立的一個(gè)相對(duì)封閉的熱濕環(huán) 境。作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的北墻承載著集熱、蓄熱、承重和保溫等多重功能，是溫室冬季和夜間重 要的供熱源。墻體的材料、厚度和構(gòu)造都會(huì)極大的影響著墻體的熱性能。目前，在實(shí)際應(yīng)用 中存在W下兩個(gè)問(wèn)題：
[0003] (1)W往的研究中，對(duì)于墻體層最佳厚度研究較少，至今尚未制定適用于各地區(qū)墻 體的厚度標(biāo)準(zhǔn)。建造過(guò)程中墻體厚度的選擇缺乏依據(jù)，當(dāng)溫室出現(xiàn)低溫凍害時(shí)，主觀地認(rèn)為 是因?yàn)閴w不夠厚、白天熱能蓄積不足所致，出現(xiàn)了盲目加大墻體厚度的現(xiàn)象，不僅缺乏科 學(xué)依據(jù)，而且也浪費(fèi)大量人力和±地資源。
[0004] (2)傳統(tǒng)墻體材料限制了溫室墻體對(duì)太陽(yáng)能的利用。傳統(tǒng)溫室大棚結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，蓄熱 性能和保溫性能一般較差，當(dāng)室外空氣溫度降低，墻體兩側(cè)均放能，不能保證農(nóng)作物正常生 長(zhǎng)的溫度條件。因此，冬季多需供暖，常規(guī)能源消耗較大，太陽(yáng)能并沒(méi)有得到有效地利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種采用定形潛熱蓄熱相變材料 的復(fù)合墻體，主要應(yīng)用于溫室大棚，不僅能減少材料的使用量提高蓄熱效率，還可W在一定 的溫度區(qū)間內(nèi)蓄存更多的熱量，使復(fù)合墻體表現(xiàn)出明顯的"削峰填谷"的作用，尤其對(duì)于夜 間溫度的提升有明顯的效果，從而保證塑料溫室大棚中的熱環(huán)境。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用W下技術(shù)方案:一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的 復(fù)合墻體，包括墻體，其特征是:所述墻體包括自內(nèi)向外依次連接的相變蓄熱層、擱塊層和 保溫層構(gòu)成Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體，所述相變蓄熱層置于北墻內(nèi)側(cè)，所述保溫層置于北墻 最外側(cè)，擱塊層置于相變蓄熱層和保溫層之間。
[0007] 所述相變蓄熱層厚度為lO-lOOmm;擱塊層厚度為250-500mm;保溫層厚度為40- 60mm 〇
[000引所述Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體最佳厚度為390mm，即，相變蓄熱層厚度40mm+擱塊層 厚度300mm+保溫層厚度50mm。
[0009]有益效果:本發(fā)明所采用的一種W玻化微珠顆粒為主要成分的相變材料，針對(duì)其 蓄、放熱特性與普通建筑材料相比，相變材料在蓄放熱過(guò)程中存在明顯的溫度平臺(tái)，能夠蓄 存或釋放大量的潛熱，其高蓄熱、低放熱的相變溫度使復(fù)合墻體表現(xiàn)出明顯的"削峰填谷" 的作用，尤其對(duì)于夜間溫度的提升有明顯的效果，有利于溫室大棚中熱環(huán)境的保證;提高了 溫室墻體內(nèi)表面材料層的蓄熱能力，確保有效日照時(shí)間內(nèi)充分吸收和蓄存投射在其上的太 陽(yáng)熱能，提高太陽(yáng)能利用率;增大溫室墻體外表面材料層的熱阻，W最大限度的減小通過(guò)墻 體流失至室外環(huán)境的太陽(yáng)熱能損失;本發(fā)明溫室大棚Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體厚度為390mm。 通過(guò)熱阻計(jì)算，得出與Ξ層相變復(fù)合墻體相同熱阻的厚度為998mm磚墻和2112皿±墻相比， 在其他外界條件均相同的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算，得出復(fù)合墻體的熱性能最優(yōu)，磚墻最差，復(fù) 合墻體可W將夜間最低溫度比磚墻和±墻分別提高2.04°C和2.90°C，而在占地面的方面則 比兩者減少60%和80%，運(yùn)對(duì)于新型節(jié)能性溫室熱性能的提高和±地利用率的減少具有較 大的指導(dǎo)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是溫室大棚的物理模型圖；
[0012]圖3是相變蓄熱層厚度對(duì)北墻內(nèi)表面溫度的影響曲線圖；
[0013] 圖4是蓄熱工況材料中屯、溫度隨時(shí)間的變化示意圖；
[0014] 圖5是放熱工況材料中屯、溫度隨時(shí)間的變化示意圖；
[0015] 圖6是溫室大棚模型的示意圖。
[0016] 圖中：1-相變蓄熱層/相變蓄熱層層;2-擱塊層;3-保溫層。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0018] 詳見(jiàn)附圖1、2,本實(shí)例提供了一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體，包括墻 體，所述墻體包括自內(nèi)向外依次連接的相變蓄熱層、擱塊層和保溫層構(gòu)成Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù) 合墻體，所述相變蓄熱層置于北墻內(nèi)側(cè)，所述保溫層置于北墻最外側(cè)，擱塊層置于相變蓄熱 層和保溫層之間。所述相變蓄熱層厚度為lO-lOOmm;擱塊層厚度為250-500mm;保溫層厚度 為4〇-60mm。
[0019] 所述Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體最佳厚度為390mm，即，相變蓄熱層厚度40mm+擱塊層 厚度300mm+保溫層厚度50mm。
[0020] 相變蓄熱層具有比熱容大、潛熱蓄熱性能高特點(diǎn)，擱塊層具有承重并兼有顯熱蓄 熱性能構(gòu)成新型墻體材料，保溫層具有熱導(dǎo)率小、熱阻大的高保溫性能特點(diǎn)。依據(jù)中華人民 共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《日光溫室結(jié)構(gòu)》JB/T10286-2001中對(duì)于日光溫室圍護(hù)墻體及后屋面 的綜合熱阻值的要求W及我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《蒸壓加氣混凝±應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ17-2008中給 出的采暖地區(qū)加氣混凝±圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度相關(guān)要求，如表1、2所示。
[0021 ]表舊光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的低限熱阻
[0025] 對(duì)應(yīng)天津地區(qū)圍護(hù)墻體的低限熱阻，應(yīng)用插值法得到外墻的低限厚度為244mm。日 光溫室的室內(nèi)平均溫濕度近似于一般室內(nèi)溫濕度，但鑒于日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的前屋面部 分是保溫的薄弱部分，故本研究在設(shè)計(jì)中為加強(qiáng)后屋面的保溫蓄熱性，結(jié)合目前擱規(guī)格，將 后墻的設(shè)計(jì)厚度為300mm。因此，擱塊層的墻體基材加氣混凝±，厚度為300mm。即可滿足保 溫隔熱要求，而采用普通實(shí)屯、粘±磚則需要720mm厚才可W滿足設(shè)計(jì)要求。加氣混凝±擱塊 能在減小墻體厚度14%的前提下保持室內(nèi)溫度不低于后墻為雙24紅磚溫室，減小了材料的 用量，提高了溫室內(nèi)部±地的使用率，能在減小墻體占地面積的同時(shí)增加建筑的有效使用 面積。
[0026] 模擬計(jì)算40mm厚相變蓄熱層+300mm擱塊層前提下北墻外表面熱流量隨室外溫度 的變化情況。隨著保溫層由2cm增加到8cm，北墻外表面的累計(jì)熱流量逐漸減小20.68、 15.67、12.25、9.82、8.05、6.7211/1112，減小幅度為4.68、3.72、3.02、2.55、2.07、1.79%。由 此可W看出溫室外表面熱流量不是隨著保溫層厚度呈等比例變化，從5CM開(kāi)始只有小幅變 化，之后累計(jì)散熱量的減小均小于3%甚至更小，單純的增加保溫層厚度對(duì)墻體熱性能影響 幾乎可W忽略，由此可W說(shuō)明溫層厚度為5CM時(shí)可W滿足溫室墻體對(duì)保溫性的要求。
[0027] 因此本發(fā)明設(shè)定擱塊層的墻體基材加氣混凝±，厚度為300mm，保溫層厚度50mm。
[0028] 相變蓄熱層的厚度影響墻體和棚內(nèi)空氣的溫度，理論上來(lái)說(shuō)，相變蓄熱層厚度越 大，蓄熱量越多，越有利于棚內(nèi)熱環(huán)境的提高。但事實(shí)上，隨著厚度的增加，蓄熱量的增加是 很有限的，反而會(huì)引起投資的大幅增加。因此，尋找最佳厚度對(duì)于相變蓄熱墻體的優(yōu)化是至 關(guān)重要的。
[0029] 在擱塊厚度和保溫層厚度一定后(300mm擱塊層巧0mm保溫層），采用模擬計(jì)算的方 法確定相變蓄熱層的最佳厚度。得到天津地區(qū)典型供暖日（12月25-12月30日）120小時(shí)中， 相變蓄熱層由0cm增加到9cm時(shí)的北墻內(nèi)表面溫度變化及墻體蓄放熱情況。
[0030] 詳見(jiàn)附圖4、圖5,相變材料與普通水泥砂漿蓄熱放熱的過(guò)程及放熱工況材料中屯、 溫度隨時(shí)間的變化示意圖。
[0031] 詳見(jiàn)附圖3及表1，可W看出墻體內(nèi)表面溫度變化趨勢(shì)一致，墻體內(nèi)表面溫度不是 隨著相變蓄熱層厚度呈等比例變化，從4cm開(kāi)始只有小幅變化，最低溫度的提升小于0.5Γ， 最高氣溫基本沒(méi)有變化，因此說(shuō)明相變蓄熱層墻體厚度為4cm時(shí)可W滿足溫室墻體對(duì)蓄熱 性的要求。從表中看出，隨著相變蓄熱層厚度的增加，累計(jì)蓄熱量和累計(jì)放熱量都在逐漸增 加，但幅度越來(lái)越小，在厚度小于40mm之前，累計(jì)熱量增加翻倍較為明顯，達(dá)到40mm之后，增 加的百分率均小于1%，可W看出40mm相當(dāng)于一個(gè)增率變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，所W考慮選擇40mm作 為相變蓄熱層的最佳厚度是可行的，運(yùn)與墻體內(nèi)表面溫度得出的結(jié)論是一致的。
[0032] 因此該采用新型定形潛熱蓄熱相變材料的Ξ層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體厚度為390mm， Ξ層厚度分別為:40mm相變蓄熱層+300mm擱塊層巧0mm保溫層。
[0033] 表3不同厚度相變蓄熱層墻體的蓄放熱比較
[0034]
[0035] 為探究該復(fù)合墻體在溫室大棚中的使用效果，搭建了縮尺寸簡(jiǎn)易溫室大棚，溫室 大棚模型如圖6所示。尺寸結(jié)合中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《日光溫室結(jié)構(gòu)》JB/T10286- 2001，進(jìn)行相似縮小(各尺寸如圖標(biāo)注）。實(shí)驗(yàn)溫室大棚坐北朝南，東西延長(zhǎng)，外墻采用本發(fā) 明提出的Ξ層結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)筑，同時(shí)在室內(nèi)布置溫度測(cè)點(diǎn)。整理測(cè)試數(shù)據(jù)得到溫室內(nèi)的溫度 如表4所示，達(dá)到溫室室內(nèi)溫度的要求，墻體蓄熱、釋熱效果良好。
[0036] 表4溫室大棚室內(nèi)溫度
[0037]
[0038] 上述參照實(shí)施例對(duì)該一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體進(jìn)行的詳細(xì)描 述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本 發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體，包括墻體，其特征是:所述墻體包括自 內(nèi)向外依次連接的相變蓄熱層、砌塊層和保溫層構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體，所述相變蓄 熱層置于北墻內(nèi)側(cè)，所述保溫層置于北墻最外側(cè)，砌塊層置于相變蓄熱層和保溫層之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體，其特征是:所述相變 蓄熱層厚度為l〇-l〇〇mm;砌塊層厚度為250-500mm;保溫層厚度為40-60mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用定形潛熱蓄熱相變材料的復(fù)合墻體，其特征是:所述三層 結(jié)構(gòu)相變復(fù)合墻體最佳厚度為39〇1]11]1，8卩，相變蓄熱層厚度4〇1111]1+砌塊層厚度30〇1]11]1+保溫層 厚度50mm。
【文檔編號(hào)】E04B2/00GK105971157SQ201610482440
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】宋曉帆
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院