專利名稱：高效太陽能相變蓄熱集熱墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于利用太陽能蓄熱的集熱裝置領(lǐng)域，特別涉及一種高效太陽能相變蓄熱集熱墻。
背景技術(shù)：
能源危機、全球變暖、環(huán)境污染等問題是當(dāng)今人類面臨的重要課題，充分利用太陽能等自然能源，是降低建筑能耗、提高室內(nèi)熱舒適度的有效途徑，因此開發(fā)了各種太陽能建筑技術(shù)，被動式如直接受益式、集熱蓄熱墻式等。太陽能資源能流密度低、間歇性和不穩(wěn)定的特點需要發(fā)展儲能技術(shù)以充分利用。在常規(guī)被動式太陽能建筑中，通常利用建筑圍護結(jié)構(gòu)材料(如混凝土、磚)的顯熱白天儲存多余太陽能，晚上再釋放給室內(nèi)空氣提高其溫度。 但是混凝土、磚的顯熱蓄熱的缺點是溫度變化大、蓄熱能力相對小，而相變材料能在等溫或近似等溫情況下以潛熱的形式吸收或釋放大量的熱量，相變潛熱在一定溫度范圍內(nèi)的等效比熱遠遠大于普通常用材料的顯熱，故利用相變材料儲存太陽能有著明顯的優(yōu)勢，可進一步提高建筑的熱舒適性，降低輔助采暖空調(diào)能耗。然而，直接受益式相變蓄能太陽能建筑中，即將相變材料板布置在建筑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，由于相變材料板表面與室內(nèi)空氣處于自然對流狀態(tài)，對流換熱系數(shù)??；太陽能蓄存量受表面換熱系數(shù)和相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小的限制，直接影響了其應(yīng)用效能。將相變材料板布置于集熱蓄熱墻的通道內(nèi)表面，由于通道內(nèi)空氣流動相比直接受益式換熱有一定改善。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對混凝土、磚對太陽能的顯熱蓄熱的缺點是溫度變化大、蓄熱能力相對?。欢苯邮芤媸较嘧冃钅芴柲芙ㄖ?，即將相變材料板布置在建筑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，由于相變材料板表面與室內(nèi)空氣處于自然對流狀態(tài)，對流換熱系數(shù)小；太陽能蓄存量受表面換熱系數(shù)和相變材料導(dǎo)熱系數(shù)小的限制，直接影響了其應(yīng)用效能的不足，提供一種高效太陽能相變蓄熱集熱墻，其特征在于，相變材料板貼附在太陽能集熱蓄熱墻通道內(nèi)建筑墻體表面，并在相變材料板表面按照迎流攻角β和陣列方式布置各種渦發(fā)生器，通道頂端和底部開口分別與建筑房間和室外相通。所述相變材料板是摻有相變材料的石膏板、水泥板、或是金屬薄板盒內(nèi)封裝有相變材料、或是高密度聚乙烯作為支撐的定形相變材料板。所述相變材料為無機相變材料，或是添加防火劑的有機相變材料。所述渦發(fā)生器具有a.三角翼型、b.梯形翼型、c.矩形翼型、d.實心斜截半圓柱體、e.實心斜截半橢圓柱體、f.空心斜截半圓柱體、或g.空心斜截半橢圓柱體結(jié)構(gòu)；所述迎流攻角β為0° -90°。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的高效太陽能相變蓄熱集熱墻系統(tǒng)，由于通道內(nèi)由于浮力驅(qū)動的空氣流經(jīng)渦發(fā)生器時產(chǎn)生了渦旋(尤其是縱向渦)，在向下游輸運的過程中強烈地沖卷相變材料板壁面，對邊界層底層層流起到擾動和破壞作用，使得空氣和相變材料板之丨0]的對流換熱有效增強，有效地提聞了相變材料的畜放熱速率，有效地提聞太陽能相變蓄熱集熱墻系統(tǒng)效能和太陽能熱利用率，在冬、夏季分別采取不同的運行策略，冬季向室內(nèi)供熱；夏季將通道內(nèi)熱空氣排出，提高室內(nèi)的舒適度，有助于提高室內(nèi)熱舒適性和降低采暖空調(diào)等建筑能耗。另外，系統(tǒng)加工簡單，安裝方便。

圖I為高效太陽能相變蓄熱集熱墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1(a)為冬季使用圖；圖1(b)為夏季使用圖。圖2為翼型渦發(fā)生器在相變材料板表面布置示意圖。圖3為幾種渦發(fā)生器示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種加工制造簡單、安裝方便的具有蓄放熱速率高、太陽能熱利用率高、室內(nèi)熱舒適度高的利用渦發(fā)生器強化傳熱的高效太陽能相變蓄熱集熱墻。
以下結(jié)合附圖對本實用新型予以說明。如圖I所示的高效太陽能相變蓄熱集熱墻結(jié)構(gòu)示意圖。圖中相變材料板9貼附在太陽能集熱蓄熱墻通道7內(nèi)建筑墻體4表面，并在相變材料板9表面以0° -90°的迎流攻角β (如圖2所示)和陣列方式布置各種渦發(fā)生器10 (如圖2所示)，通道頂端開口 3和底部開口 5分別與建筑房間I和室外相通，太陽能集熱蓄熱墻通道7由在建筑墻體4外面固定一塊大玻璃板8構(gòu)成，在太陽能集熱蓄熱墻通道7頂端設(shè)置出風(fēng)口蓋板11和底部設(shè)置進風(fēng)口蓋板6。渦發(fā)生器10具有a.三角翼型、b.梯形翼型、c.矩形翼型、d.實心斜截半圓柱體、e.實心斜截半橢圓柱體、f.空心斜截半圓柱體、或g.空心斜截半橢圓柱體結(jié)構(gòu)。迎流攻角β和陣列形式布置在相變材料板9表面，誘導(dǎo)渦旋減薄或擾動和破壞緊貼壁面的邊界層底層層流，加大紊流強度而強化表面空氣與相變材料板9換熱，提高了相變材料的蓄放熱速率，從而提高了太陽能相變蓄熱集熱墻系統(tǒng)的效能。渦發(fā)生器的幾何結(jié)構(gòu)、尺寸以及陣列形式、數(shù)量以通道寬度相應(yīng)設(shè)計要求而定，可以但不局限于成對、多排、多列；順排、順列或錯排、錯列；其前后左右相互間距以及在相變材料板表面的相對位置依太陽墻、運行條件等設(shè)計要求而定。所述相變材料板9可以是摻有相變材料的建材板(如石膏板、水泥板等)、或是金屬薄板盒內(nèi)封裝有相變材料、或是高密度聚乙烯(HDPE)作為支撐的定形相變材料板等；相變材料可為無機相變材料(例如但不限于Na2SO4 · IOH2O, CaCl2 · 6Η20等)，也可以是添加防火劑的有機相變材料(例如但不限于石蠟、脂肪酸等)，滿足建筑防火需求。相變溫度適宜，相變潛熱較大，以氣候類型和通道設(shè)計要求而定；所述高效太陽能相變蓄熱集熱墻在冬季由出風(fēng)口蓋板11和進風(fēng)口蓋板6關(guān)閉與室外的開口，打開通道頂端開口 3和底部開口 5，使太陽能集熱蓄熱墻通道7與建筑房間I室內(nèi)相通(如圖I中a所示)，白天太陽光透過玻璃板8照射在相變材料板9表面，相變材料熔化吸熱并蓄存起來，同時太陽能集熱蓄熱墻通道7內(nèi)空氣被加熱溫度升高，由于與室內(nèi)較冷空氣存在密度差而形成自然對流(也可以在頂、底部安裝風(fēng)機以提高風(fēng)速)，將被加熱的空氣送入室內(nèi)，從而加熱室內(nèi)空氣(給室內(nèi)供熱)；晚上，太陽能集熱蓄熱墻通道7內(nèi)空氣溫度降低后，相變材料凝固放熱加熱空氣，通過自然對流向室內(nèi)供熱，提高室內(nèi)的熱舒適度；并在玻璃板8外布置卷簾或隔熱板12，以降低向外的散熱損失。由于相變材料板9表面的渦發(fā)生器10誘導(dǎo)渦旋減薄或破壞緊貼壁面的邊界層或加大紊流強度而強化表面空氣與相變材料板換熱，提聞了相變材料的畜放熱效能，從而提聞了太陽能相變畜熱集熱墻系統(tǒng)的效率。夏季，打開出風(fēng)口蓋板11和進風(fēng)口蓋板6與室外相通，關(guān)閉與室內(nèi)相通的通道頂端開口 3和底部開口 5 (如圖I中b所示)，通過自然對流將通道內(nèi)熱空氣排出，同時由于相變材料相變時的恒溫特性，使傳向室內(nèi)的溫度波衰減，提高了 室內(nèi)熱舒適度。
權(quán)利要求1.. 一種高效太陽能相變蓄熱集熱墻，其特征在于，相變材料板貼附在太陽能集熱蓄熱墻通道內(nèi)建筑墻體表面，并在相變材料板表面按照迎流攻角β和陣列方式布置各種渦發(fā)生器，通道頂端和底部開口分別與建筑房間和室外相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述高效太陽能相變蓄熱集熱墻，其特征在于，所述相變材料板是在石膏板、水泥板中添加相變材料石蠟、或脂肪酸；或是金屬薄板盒內(nèi)封裝有上述相變材料、或是高密度聚乙烯作為支撐的定形相變材料板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述高效太陽能相變蓄熱集熱墻，其特征在于，所述渦發(fā)生器具有a.三角翼型、b.梯形翼型、c.矩形翼型、d.實心斜截半圓柱體、e.實心斜截半橢圓柱體、f.空心斜截半圓柱體、或g.空心斜截半橢圓柱體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述高效太陽能相變蓄熱集熱墻，其特征在于，所述迎流攻角β為0°-90° 。
專利摘要本實用新型公開了屬于利用太陽能的蓄熱、集熱裝置領(lǐng)域的一種高效太陽能相變蓄熱集熱墻。是將相變材料板貼附在太陽能集熱蓄熱墻通道內(nèi)建筑墻體表面，并在相變材料板表面以一定迎流攻角和陣列方式布置各種渦發(fā)生器，誘導(dǎo)渦旋減薄或破壞緊貼壁面的邊界層或加大紊流強度而強化表面空氣與相變材料板換熱，提高了相變材料的蓄放熱速率，從而提高了太陽能相變蓄熱集熱墻系統(tǒng)的效能。通道頂端和底部開口分別與建筑房間和室外相通，在冬、夏季分別采取不同的運行策略，冬季向室內(nèi)供熱；夏季將通道內(nèi)熱空氣排出，提高室內(nèi)的舒適度。此種太陽能集熱蓄熱墻，具有制造簡單，安裝方便的特點，在太陽能建筑中有著廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。
文檔編號E04B2/00GK202483028SQ201120283690
公開日2012年10月10日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者周國兵 申請人:華北電力大學(xué)