一种可切换的单向导热相变节能墙体、系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种可切换的单向导热相变节能墙体、系统及其控制方法，墙体包括基础墙体、外墙抹灰层、内墙抹灰层、相变层、热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段(9)、控制阀A、控制阀B、控制阀C、控制阀D；系统包括单向导热相变节能墙体、时间监测模块、室外辐照度监测模块、室外温度监测模块、室内温度监测模块和控制模块；方法步骤为：根据当前日期、建筑外部辐照度、建筑外部温度、建筑内部温度，控制热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段的工作状态，调节建筑内部温度。本发明专利技术能够在夏季实现散热，冬季实现集热，高效地利用太阳能和夜间冷能，特别适用于夏热冬冷地区，显著降低能耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种可切换的单向导热相变节能墙体、系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及建筑领域，具体是一种可切换的单向导热相变节能墙体、系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]墙体是建筑负荷的主要影响因素，保温材料通常用于降低建筑负荷，但存在易燃、易老化、施工成本高等问题。过厚的保温材料不利于建筑过渡季和夏季夜间的散热，反而会增加建筑能耗。因此，在建筑设计中，工程师需要权衡墙体的传热性能对于建筑制冷和供暖能耗的影响。传统墙体技术的不足在于其传热性能取决于材料本身的导热系数和厚度，无法灵活调节，不能满足室外环境及室内人员变化的动态响应需求。
[0003]为了解决这些问题，一些人采用了传热性能可调的动态墙体来提高建筑能源效率。这些墙体系统可以通过机械调节或形状记忆合金等技术来实现传热性能的调节，但这些系统存在着系统复杂、成本高、维护难度大、可靠性低等问题，限制了其在建筑领域的应用。
[0004]建筑的能源需求受季节变化影响显著，太阳能和夜间冷能资源丰富易得，因此如何利用太阳能和夜间冷能来满足不同季节下的能源需求，是建筑领域的一个重要问题。太阳能可以为建筑提供热量，降低供暖负荷，对于冬季来说非常有利，但在夏季可能会导致过热。而夜间冷能则可以为建筑散热，降低空调负荷，适用于夏季，但在冬季可能会造成过冷。这种矛盾在夏热冬冷地区尤其显著，这就要求建筑太阳能的利用和夜间冷能的利用实现季节性可切换。具体而言，冬季利用太阳能，而在夏季应避免太阳能进入室内；夏季利用夜间冷能，而在冬季避免夜间冷能进入室内。
[0005]现有的太阳能和夜间冷能在建筑中的被动式利用技术中，一般将两者的应用分离，不能实现季节性切换。而少有的将太阳能和夜间冷能同时在建筑的被动式利用技术存在以下缺陷：1)系统复杂，存在机械部件以实现功能切换，会产生额外的能耗。2)系统零部件较多，控制复杂且造价昂贵。3)系统集成程度不高，不够美观。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种可切换的单向导热相变节能墙体，包括基础墙体、外墙抹灰层、内墙抹灰层、相变层、热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段、控制阀A、控制阀B、控制阀C、控制阀D。
[0007]所述外墙抹灰层、内墙抹灰层分别位于基础墙体的两侧。
[0008]所述相变层位于基础墙体内部，用于蓄存热量。
[0009]所述热管A段、热管B段均位于外墙抹灰层的外侧，且热管A段位于热管B段上方。
[0010]所述热管C段、热管D段均位于内墙抹灰层的外侧，且热管C段位于热管D段上方。
[0011]所述热管E段位于相变层内。
[0012]所述热管E段的管道向外延伸，从而与热管A段、热管B段、热管C段、热管D段连通。
[0013]所述控制阀A、所述控制阀B、所述控制阀C、所述控制阀D用于调节热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段的工作状态。
[0014]进一步，所述热管E段的截面形状为工字型。
[0015]进一步，所述热管E段中，位于上方的横向管道一端与热管A段连通，另一端与热管C段连通。位于下方的横向管道一端与热管B段连通，另一端与热管D段连通。
[0016]所述热管E段的竖向管道位于相变层内部。
[0017]进一步，所述热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段内填充有相变工质。
[0018]进一步，所述热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段的工作状态包括蒸发状态和冷凝状态。
[0019]进一步，当热管的工作状态为吸热时，该热管作为蒸发段参与建筑内部温度调节。
[0020]进一步，当热管的工作状态为放热时，该热管作为冷凝段参与建筑内部温度调节。
[0021]一种应用所述可切换的单向导热相变节能墙体的控制系统，包括单向导热相变节能墙体、时间监测模块、室外辐照度监测模块、室外温度监测模块、室内温度监测模块和控制模块。
[0022]所述时间监测模块实时监测当前日期，并传输至控制模块。
[0023]所述室外辐照度监测模块实时监测建筑外部辐照度，并传输至控制模块。
[0024]所述室外温度监测模块实时监测建筑外部温度，并传输至控制模块。
[0025]所述室内温度监测模块实时监测建筑内部温度，并传输至控制模块。
[0026]所述控制模块根据当前日期、建筑外部辐照度、建筑外部温度、建筑内部温度，控制单向导热相变节能墙体中控制阀A、控制阀B、控制阀C、控制阀D的导通或关闭，从而控制热管A段、热管B段、热管C段、热管D段、热管E段的工作状态，调节建筑内部温度。
[0027]一种控制系统的使用方法，包括以下步骤：
[0028]1)利用时间监测模块监测当前日期，并传输至控制模块。
[0029]所述控制模块对当前日期进行判断，若当前日期处于冬季，则执行步骤2)
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步骤5)，若当前日期处于夏季，则执行步骤6)
‑
步骤9)。
[0030]2)利用室外辐照度监测模块实时监测建筑外部辐照度，并传输至控制模块。
[0031]利用室外温度监测模块实时监测建筑外部温度，并传输至控制模块。
[0032]利用室内温度监测模块实时监测建筑内部温度，并传输至控制模块。
[0033]3)所述控制模块对建筑外部辐照度进行判断，若建筑外部辐照度大于0，则进入步骤4)，否则跳转至步骤5)。
[0034]4)所述控制模块判断建筑外部温度是否大于相变层的相变温度。
[0035]若是，则开启控制阀B，关闭控制阀A、控制阀C、控制阀D，使热管B段作为蒸发段，热管E段作为冷凝段。
[0036]此时，热管B段吸收太阳能中的热量，令位于热管B段内部的液态相变工质吸收热量，相变成气态，气态相变工质从热管B段进入热管E段，并在热管E段中释放热量。
[0037]热量被热管E段外部的相变层吸收，相变层蓄热，并通过基础墙体、内墙抹灰层向建筑内部释放热量，提升建筑内部温度，然后返回步骤2)。
[0038]若否，则关闭控制阀A、控制阀B、控制阀C、控制阀D，返回步骤2)。
[0039]5)所述控制模块判断建筑内部温度是否小于相变层的相变温度。
[0040]若是，则开启控制阀C，关闭控制阀A、控制阀B、控制阀D，使热管E段作为蒸发段，热管C段作为冷凝段。
[0041]此时，热管E段吸收相变层蓄存的热量，令位于热管E段内部的液态相变工质吸收热量，相变成气态。
[0042]气态相变工质从热管E段进入热管C段，并在热管C段中释放热量，热量通过对流和辐射的形式传导至建筑内部，提升建筑内部温度，然后返回步骤2)。
[0043]若否，则关闭控制阀A、控制阀B、控制阀C、控制阀D，返回步骤2)。
[0044]6)利用室外辐照度监测模块实时监测建筑外部辐照度，并传输至控制模块。
[0045]利用室外温度监测模块实时监测建筑外部温度，并传输至控制模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：包括基础墙体(1)、外墙抹灰层(2)、内墙抹灰层(3)、相变层(4)、热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)、热管E段(9)、控制阀A(10)、所述控制阀B(11)、控制阀C(12)、控制阀D(13)。所述外墙抹灰层(2)、内墙抹灰层(3)分别位于基础墙体(1)的两侧；所述相变层(4)位于基础墙体(1)内部，用于蓄存热量；所述热管A段(5)、热管B段(6)均位于外墙抹灰层(2)的外侧，且热管A段(5)位于热管B段(6)上方；所述热管C段(7)、热管D段(8)均位于内墙抹灰层(3)的外侧，且热管C段(7)位于热管D段(8)上方；所述热管E段(9)位于相变层(4)内；所述热管E段(9)的管道向外延伸，从而与热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)连通；所述控制阀A(10)、所述控制阀B(11)、所述控制阀C(12)、所述控制阀D(13)用于调节热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)、热管E段(9)的工作状态。2.根据权利要求1所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：所述热管E段(9)的截面形状为工字型。3.根据权利要求2所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：所述热管E段(9)中，位于上方的横向管道一端与热管A段(5)连通，另一端与热管C段(7)连通；位于下方的横向管道一端与热管B段(6)连通，另一端与热管D段(8)连通；所述热管E段(9)的竖向管道位于相变层(4)内部。4.根据权利要求1所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：所述热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)、热管E段(9)内填充有相变工质。5.根据权利要求4所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：所述热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)、热管E段(9)的工作状态包括蒸发状态和冷凝状态。6.根据权利要求5所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：当热管的工作状态为吸热时，该热管作为蒸发段参与建筑内部温度调节。7.根据权利要求5所述的一种可切换的单向导热相变节能墙体，其特征在于：当热管的工作状态为放热时，该热管作为冷凝段参与建筑内部温度调节。8.一种应用权利要求1
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7任一项所述可切换的单向导热相变节能墙体的控制系统，其特征在于：包括单向导热相变节能墙体、时间监测模块、室外辐照度监测模块、室外温度监测模块、室内温度监测模块和控制模块；所述时间监测模块实时监测当前日期，并传输至控制模块；所述室外辐照度监测模块实时监测建筑外部辐照度，并传输至控制模块；所述室外温度监测模块实时监测建筑外部温度，并传输至控制模块；所述室内温度监测模块实时监测建筑内部温度，并传输至控制模块；所述控制模块根据当前日期、建筑外部辐照度、建筑外部温度、建筑内部温度，控制单向导热相变节能墙体中控制阀A(10)、控制阀B(11)、控制阀C(12)、控制阀D(13)的导通或关闭，从而控制热管A段(5)、热管B段(6)、热管C段(7)、热管D段(8)、热管E段(9)的工作状态，
调节建筑内部温度。9.一种权利要求8所述控制系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用时间监测模块监测当前日期，并传输至控制模块；所述控制模块对当前日期进行判断，若当前日期处于冬季，则执行步骤2)
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步骤5)，若当前日期处于夏季，则执行步骤6)

【专利技术属性】
技术研发人员：孙弘历，郑焱红，吴一凡，武双对，段梦凡，林波荣，成竹，张堙，金治能，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：