一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体制造技术

本发明专利技术公开了一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，其从外到内依次包括外定型相变墙板层、第一隔热层、墙体层、第二隔热层和内定型相变墙板层，其中外、内定型相变墙板层分别由相变温度为Tm1、Tm2的相变材料制成，该相变温度Tm1被设定为在其暴露环境下全年冷负荷最小，并当墙板层温度等于或高于Tm1时相变材料由固态融化为液态；该相变温度Tm2被设定为在其暴露环境下全年热负荷最小，并且当墙板层温度等于或高于Tm2时相变材料由固态融化为液态。本发明专利技术中还对两种定型相变墙板层的相变材料的组分及配料比进行了设计。通过本发明专利技术，能够更有效地降低外墙冷负荷和热负荷，显著降低整体能耗，同时具备结构紧凑、适用性强和便于制造及后期维护等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体
本专利技术属于被动式节能建筑设备相关领域，更具体地，涉及一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体。
技术介绍
在节能减排日益受到关注的今天，建筑物外墙保温技术获得了广泛应用。其虽然能够在一定程度上降低建筑运行能耗，但由于保温材料本身热容有限，不能充分储存能量，因而限制了建筑节能的潜力。为此，可采用热容较高的轻质相变围护结构，相应提高室内舒适度，降低建筑运行能耗，同时缓解高峰的供电不足。建筑节能领域常用的相变材料(PhaseChangeMaterial,PCM)按照化学成分分为有机相变材料和无机相变材料。无机相变材料包括一些水合盐，蓄热密度大，相变温度在室温附近，而且价格低廉。但是无机相变材料易于过冷，在若干次熔解固化循环后蓄热密度大大降低。此外无机相变材料与基体材料或容器之间存在着不相容问题。如硫酸盐对混凝土具有较强的侵蚀性。而对于有机相变材料而言，包括石蜡和脂肪酸等，蓄热密度较大，热学性能稳定，但是其导热系数仍然偏小。为有效克服单一的无机类或有机类相变材料存在的缺点，相变材料的研发必然要走二元或多元复合的方向。然而，进一步的研究表明，现有技术中关于定型相变材料在建筑中的研究与应用多为单层，其中大部分是采用一种定型相变材料板做成相变墙体、相变地板或相变屋顶，对于全年需要供冷供暖的建筑而言，该形式不能在全年改善围护结构热工特性；另有一部分研究应用则是采用两种定型相变材料板，并分设在不同朝向的围护结构上，两种相变材料可分别在冬季和夏季发挥作用，但这种形式需要占用的围护结构面积很大，对既有建筑或者只有一面外墙的房间而言，实用性受到较大限制。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，其中通过综合考虑建筑外墙自身的应用特点，将不同特性的定型相变材料层同时分设在建筑外墙的内外两侧，同时对其各自的关键性能参数和工作机理、尤其是相变材料组分和配料比等方面进行研究和设计，相应与现有技术相比能够更有效地降低外墙冷负荷和热负荷，显著降低整体能耗，同时具备结构紧凑、适用性强和便于制造及后期维护等特点，因而尤其适用于对现有建筑围护结构的改造和大面积推广应用。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，其特征在于，该建筑外墙结构体从外到内依次包括外定型相变墙板层、第一隔热层、墙体层、第二隔热层和内定型相变墙板层，其中：所述外定型相变墙板层由相变温度为Tm1的相变材料制成，并且该相变温度Tm1被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年冷负荷最小，并且当外定型相变墙板层的温度等于或高于相变温度Tm1时，该外定型相变墙板层的相变材料由固态逐步融化为液态，由此吸收热量来降低室内温度波动，同时减少供冷系统的耗能；所述内定型相变墙板层由相变温度为Tm2的相变材料制成，该相变温度Tm2小于所述相变温度Tm1，并被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年热负荷最小，而且当该内定型相变墙板层温度等于或高于相变温度Tm2时，该内定型相变墙板层的相变材料由固态逐步融化为液态并将室内多余的热量吸收并储存，并当室内温度降低且导致所述内定型相变墙板的温度低于相变温度Tm2时，再将所储存的热量释放出来，由此减少室内温度波动，同时减少供热系统的耗能；此外，所述外定型相变墙板层、内定型相变墙板层的相变材料均包括以下组分：质量百分比为70～85％的石蜡、质量百分比为5～15％的高密度聚乙烯以及质量百分比为0-15％的膨胀石墨。作为进一步优选地，所述石蜡由熔点处于17℃～25℃范围内的第一类石蜡和熔点处于25℃～49℃范围内的第二类石蜡复合而成，并用作关键组分的相变材料。作为进一步优选地，对于所述外定型相变墙板层而言，它的相变材料中的石蜡由重量比被设定为9:16的第一类石蜡和第二类石蜡复合而成；对于所述内定型相变墙板层而言，它的相变材料中的石蜡由重量比被设定为1:1的第一类石蜡和第二类石蜡复合而成。作为进一步优选地，所述第一类石蜡为正十七烷，所述第二类石蜡为48号半精炼石蜡。作为进一步优选地，所述外定型相变墙板层的相变材料包括质量百分比为80％的复合石蜡，质量百分比为15％的高密度聚乙烯和质量百分比为5％的膨胀石墨，并且该复合石蜡由重量比为9:16的正十七烷和48号半精炼石蜡共同复合而成。作为进一步优选地，所述外、内定型相变墙板层的相变材料的相变潜热被设定为190kJ/kg～245kJ/kg的范围内，并且其厚度均为20cm～50cm。作为进一步优选地，所述外定型相变墙板层的相变温度Tm1为28℃～32℃，所述内定型相变墙板层的相变温度Tm2为19℃～22℃。作为进一步优选地，所述外、内定型相变墙板层相变材料的相变半径ΔT温度范围为1℃～2℃。作为进一步优选地，所述外、内定型相变墙板层分别以块拼接的方式予以贴附，并采用膨胀螺钉紧固，间隙采用胶封；各块的尺寸规格被设定为300mm×200mm或者400mm×200mm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用不同特性的定型相变材料层分设在建筑外墙的内外两侧，同时对其各自的关键性能参数和工作机理进行研究和设计，较多的实际测试表明无论对建筑供冷还是采暖的负荷均可实现削峰填谷，有效减小室内温度波动，同时显著降低整体的能耗；此外，通过对上述相变材料的材料组分和配料比等方面进行研究和设计，能够进一步获得潜热大、相变温度可调、经多次蓄/放热性能保持不变，便于加工维护的相变材料层，并尽可能实现节能效果的最大化。附图说明图1是按照本专利技术所构建的具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体的总体构造示意图；图2是用于显示外定型相变材料层的相变温度变化-全年总冷负荷变化的示意图；图3是用于显示内定型相变材料层的相变温度变化-全年总热负荷变化的示意图；图4是采用和未采用双层定型相变材料层两种情况下的室内逐时冷负荷对比示意图；图5是采用和未采用双层定型相变材料层两种情况下的室内逐时热负荷对比示意图；图6是采用和未采用双层定型相变材料层两种情况下的夏季室内逐时温度对比示意图；图7是采用和未采用双层定型相变材料层两种情况下的冬季室内逐时温度对比示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术所构建的具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体的总体构造示意图。如图1中所示，该建筑外墙结构体从外到内依次包括外定型相变墙板层1、第一隔热层2、墙体层3、第二隔热层4和内定型相变墙板层5，其中通过构建这种类似“三明治式”双层定型相变墙体，相应能够在全年内配合作用共同调节室内温度，解决一般单层相变腔体仅利用潜热机理的蓄热/放热作用发挥有限的问题，与现有技术相比显著提高节能效果。所述外定型相变墙板层1由相变温度为Tm1的相变材料制成，并且该相变温度Tm1被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年冷负荷最小，并且当外定型相变墙板层温度等于或高于相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，其特征在于，该建筑外墙结构体从外到内依次包括外定型相变墙板层、第一隔热层、墙体层、第二隔热层和内定型相变墙板层，其中：所述外定型相变墙板层由相变温度为Tm1的相变材料制成，并且该相变温度Tm1被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年冷负荷最小，并且当外定型相变墙板层的温度基本等于或高于相变温度Tm1时，它的相变材料由固态逐步融化为液态，由此吸收热量来降低室内温度波动，同时减少供冷系统的耗能；所述内定型相变墙板层由相变温度为Tm2的相变材料制成，该相变温度Tm2小于所述相变温度Tm1，并被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年热负荷最小，而且当该内定型相变墙板层温度基本等于或高于相变温度Tm2时，它的相变材料由固态逐步融化为液态并将室内多余的热量吸收并储存，并当室内温度降低且导致内定型相变墙板的温度低于相变温度Tm2时，再将所储存的热量释放出来，由此减少室内温度波动，同时减少供热系统的耗能。此外，所述外、内定型相变墙板层的相变材料均包括以下组分：质量质量百分比为70～85％的石蜡、质量百分比为5～15％的高密度聚乙烯以及质量百分比为0‑15％的膨胀石墨。...

【技术特征摘要】
1.一种具备双层定型相变材料层的建筑外墙结构体，其特征在于，该建筑外墙结构体从外到内依次包括外定型相变墙板层、第一隔热层、墙体层、第二隔热层和内定型相变墙板层，其中：所述外定型相变墙板层由相变温度为Tm1的相变材料制成，并且该相变温度Tm1被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年冷负荷最小，并且当外定型相变墙板层的温度等于或高于相变温度Tm1时，该外定型相变墙板层的相变材料由固态逐步融化为液态，由此吸收热量来降低室内温度波动，同时减少供冷系统的耗能；所述内定型相变墙板层由相变温度为Tm2的相变材料制成，该相变温度Tm2小于所述相变温度Tm1，并被设定为在其暴露环境下使得此墙板层的全年热负荷最小，而且当该内定型相变墙板层温度等于或高于相变温度Tm2时，该内定型相变墙板层的相变材料由固态逐步融化为液态并将室内多余的热量吸收并储存，并当室内温度降低且导致所述内定型相变墙板的温度低于相变温度Tm2时，再将所储存的热量释放出来，由此减少室内温度波动，同时减少供热系统的耗能；此外，所述外定型相变墙板层、内定型相变墙板层的相变材料均包括以下组分：质量百分比为70％～85％的石蜡、质量百分比为5％～15％的高密度聚乙烯以及质量百分比为0～15％的膨胀石墨。2.如权利要求1所述的建筑外墙结构体，其特征在于，所述石蜡由熔点处于17℃～25℃范围内的第一类石蜡和熔点处于25℃～49℃范围内的第二类石蜡复合而成，并用作关键组分的相变材料。3.如权利要求2所述的建筑外墙结构体，其特征在于，对于所述外定型相...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱娜，胡平放，柳鹏鹏，刘福利，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42