采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体，包括墙体，其特征是：所述墙体包括自内向外依次连接的相变蓄热层、砌块层和保温层构成三层结构相变复合墙体，所述相变蓄热层置于北墙内侧，所述保温层置于北墙最外侧，砌块层置于相变蓄热层和保温层之间。有益效果：本发明采用以玻化微珠颗粒为主要成分的相变材料，相变材料在蓄放热过程中能够蓄存或释放大量的潜热，其高蓄热、低放热的相变温度使复合墙体表现出明显的“削峰填谷”的作用，尤其对于夜间温度的提升有明显的效果，有利于温室大棚中热环境的保证；提高了温室墙体内表面材料层的蓄热能力，确保有效日照时间内充分吸收和蓄存投射在其上的太阳热能，提高太阳能利用率。
【专利说明】
采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体
技术领域
[0001] 本发明属于设施农业工程技术领域，尤其设及一种适合在溫室大棚中应用的采用 定形潜热蓄热相变材料的复合墙体。
【背景技术】
[0002] 溫室大棚利用太阳能可W为植物生长提供适宜的小气候环境，具有不受季节的限 审IJ，不受地域的限制，超时令生产和提高±地利用率等优点。近年塑料溫室大棚依据其具有 的建筑运行成本低，结构简单和方便管理等优点，得到了更多农民的青睐，在设施农业中得 到了更快更好的发展。塑料溫室大棚是由覆盖膜和围护结构建立的一个相对封闭的热湿环 境。作为围护结构的北墙承载着集热、蓄热、承重和保溫等多重功能，是溫室冬季和夜间重 要的供热源。墙体的材料、厚度和构造都会极大的影响着墙体的热性能。目前，在实际应用 中存在W下两个问题：
[0003] (1)W往的研究中，对于墙体层最佳厚度研究较少，至今尚未制定适用于各地区墙 体的厚度标准。建造过程中墙体厚度的选择缺乏依据，当溫室出现低溫冻害时，主观地认为 是因为墙体不够厚、白天热能蓄积不足所致，出现了盲目加大墙体厚度的现象，不仅缺乏科 学依据，而且也浪费大量人力和±地资源。
[0004] (2)传统墙体材料限制了溫室墙体对太阳能的利用。传统溫室大棚结构简单，蓄热 性能和保溫性能一般较差，当室外空气溫度降低，墙体两侧均放能，不能保证农作物正常生 长的溫度条件。因此，冬季多需供暖，常规能源消耗较大，太阳能并没有得到有效地利用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种采用定形潜热蓄热相变材料 的复合墙体，主要应用于溫室大棚，不仅能减少材料的使用量提高蓄热效率，还可W在一定 的溫度区间内蓄存更多的热量，使复合墙体表现出明显的"削峰填谷"的作用，尤其对于夜 间溫度的提升有明显的效果，从而保证塑料溫室大棚中的热环境。
[0006] 本发明为实现上述目的，采用W下技术方案:一种采用定形潜热蓄热相变材料的 复合墙体，包括墙体，其特征是:所述墙体包括自内向外依次连接的相变蓄热层、搁块层和 保溫层构成Ξ层结构相变复合墙体，所述相变蓄热层置于北墙内侧，所述保溫层置于北墙 最外侧，搁块层置于相变蓄热层和保溫层之间。
[0007] 所述相变蓄热层厚度为lO-lOOmm;搁块层厚度为250-500mm;保溫层厚度为40- 60mm 〇
[000引所述Ξ层结构相变复合墙体最佳厚度为390mm，即，相变蓄热层厚度40mm+搁块层 厚度300mm+保溫层厚度50mm。
[0009]有益效果:本发明所采用的一种W玻化微珠颗粒为主要成分的相变材料，针对其 蓄、放热特性与普通建筑材料相比，相变材料在蓄放热过程中存在明显的溫度平台，能够蓄 存或释放大量的潜热，其高蓄热、低放热的相变溫度使复合墙体表现出明显的"削峰填谷" 的作用，尤其对于夜间溫度的提升有明显的效果，有利于溫室大棚中热环境的保证;提高了 溫室墙体内表面材料层的蓄热能力，确保有效日照时间内充分吸收和蓄存投射在其上的太 阳热能，提高太阳能利用率;增大溫室墙体外表面材料层的热阻，W最大限度的减小通过墙 体流失至室外环境的太阳热能损失;本发明溫室大棚Ξ层结构相变复合墙体厚度为390mm。 通过热阻计算，得出与Ξ层相变复合墙体相同热阻的厚度为998mm砖墙和2112皿±墙相比， 在其他外界条件均相同的情况下进行模拟计算，得出复合墙体的热性能最优，砖墙最差，复 合墙体可W将夜间最低溫度比砖墙和±墙分别提高2.04°C和2.90°C，而在占地面的方面则 比两者减少60%和80%，运对于新型节能性溫室热性能的提高和±地利用率的减少具有较 大的指导意义。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明的结构示意图；
[0011] 图2是溫室大棚的物理模型图；
[0012]图3是相变蓄热层厚度对北墙内表面溫度的影响曲线图；
[0013] 图4是蓄热工况材料中屯、溫度随时间的变化示意图；
[0014] 图5是放热工况材料中屯、溫度随时间的变化示意图；
[0015] 图6是溫室大棚模型的示意图。
[0016] 图中：1-相变蓄热层/相变蓄热层层;2-搁块层;3-保溫层。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合较佳实施例详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0018] 详见附图1、2,本实例提供了一种采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体，包括墙 体，所述墙体包括自内向外依次连接的相变蓄热层、搁块层和保溫层构成Ξ层结构相变复 合墙体，所述相变蓄热层置于北墙内侧，所述保溫层置于北墙最外侧，搁块层置于相变蓄热 层和保溫层之间。所述相变蓄热层厚度为lO-lOOmm;搁块层厚度为250-500mm;保溫层厚度 为4〇-60mm。
[0019] 所述Ξ层结构相变复合墙体最佳厚度为390mm，即，相变蓄热层厚度40mm+搁块层 厚度300mm+保溫层厚度50mm。
[0020] 相变蓄热层具有比热容大、潜热蓄热性能高特点，搁块层具有承重并兼有显热蓄 热性能构成新型墙体材料，保溫层具有热导率小、热阻大的高保溫性能特点。依据中华人民 共和国机械行业标准《日光溫室结构》JB/T10286-2001中对于日光溫室围护墙体及后屋面 的综合热阻值的要求W及我国现行标准《蒸压加气混凝±应用技术规程》JGJ17-2008中给 出的采暖地区加气混凝±围护结构的厚度相关要求，如表1、2所示。
[0021 ]表旧光溫室围护结构的低限热阻
[0025] 对应天津地区围护墙体的低限热阻，应用插值法得到外墙的低限厚度为244mm。日 光溫室的室内平均溫湿度近似于一般室内溫湿度，但鉴于日光溫室围护结构中的前屋面部 分是保溫的薄弱部分，故本研究在设计中为加强后屋面的保溫蓄热性，结合目前搁规格，将 后墙的设计厚度为300mm。因此，搁块层的墙体基材加气混凝±，厚度为300mm。即可满足保 溫隔热要求，而采用普通实屯、粘±砖则需要720mm厚才可W满足设计要求。加气混凝±搁块 能在减小墙体厚度14%的前提下保持室内溫度不低于后墙为双24红砖溫室，减小了材料的 用量，提高了溫室内部±地的使用率，能在减小墙体占地面积的同时增加建筑的有效使用 面积。
[0026] 模拟计算40mm厚相变蓄热层+300mm搁块层前提下北墙外表面热流量随室外溫度 的变化情况。随着保溫层由2cm增加到8cm，北墙外表面的累计热流量逐渐减小20.68、 15.67、12.25、9.82、8.05、6.7211/1112，减小幅度为4.68、3.72、3.02、2.55、2.07、1.79%。由 此可W看出溫室外表面热流量不是随着保溫层厚度呈等比例变化，从5CM开始只有小幅变 化，之后累计散热量的减小均小于3%甚至更小，单纯的增加保溫层厚度对墙体热性能影响 几乎可W忽略，由此可W说明溫层厚度为5CM时可W满足溫室墙体对保溫性的要求。
[0027] 因此本发明设定搁块层的墙体基材加气混凝±，厚度为300mm，保溫层厚度50mm。
[0028] 相变蓄热层的厚度影响墙体和棚内空气的溫度，理论上来说，相变蓄热层厚度越 大，蓄热量越多，越有利于棚内热环境的提高。但事实上，随着厚度的增加，蓄热量的增加是 很有限的，反而会引起投资的大幅增加。因此，寻找最佳厚度对于相变蓄热墙体的优化是至 关重要的。
[0029] 在搁块厚度和保溫层厚度一定后(300mm搁块层巧0mm保溫层），采用模拟计算的方 法确定相变蓄热层的最佳厚度。得到天津地区典型供暖日（12月25-12月30日）120小时中， 相变蓄热层由0cm增加到9cm时的北墙内表面溫度变化及墙体蓄放热情况。
[0030] 详见附图4、图5,相变材料与普通水泥砂浆蓄热放热的过程及放热工况材料中屯、 溫度随时间的变化示意图。
[0031] 详见附图3及表1，可W看出墙体内表面溫度变化趋势一致，墙体内表面溫度不是 随着相变蓄热层厚度呈等比例变化，从4cm开始只有小幅变化，最低溫度的提升小于0.5Γ， 最高气溫基本没有变化，因此说明相变蓄热层墙体厚度为4cm时可W满足溫室墙体对蓄热 性的要求。从表中看出，随着相变蓄热层厚度的增加，累计蓄热量和累计放热量都在逐渐增 加，但幅度越来越小，在厚度小于40mm之前，累计热量增加翻倍较为明显，达到40mm之后，增 加的百分率均小于1%，可W看出40mm相当于一个增率变化的转折点，所W考虑选择40mm作 为相变蓄热层的最佳厚度是可行的，运与墙体内表面溫度得出的结论是一致的。
[0032] 因此该采用新型定形潜热蓄热相变材料的Ξ层结构相变复合墙体厚度为390mm， Ξ层厚度分别为:40mm相变蓄热层+300mm搁块层巧0mm保溫层。
[0033] 表3不同厚度相变蓄热层墙体的蓄放热比较
[0034]
[0035] 为探究该复合墙体在溫室大棚中的使用效果，搭建了缩尺寸简易溫室大棚，溫室 大棚模型如图6所示。尺寸结合中华人民共和国机械行业标准《日光溫室结构》JB/T10286- 2001，进行相似缩小(各尺寸如图标注）。实验溫室大棚坐北朝南，东西延长，外墙采用本发 明提出的Ξ层结构进行构筑，同时在室内布置溫度测点。整理测试数据得到溫室内的溫度 如表4所示，达到溫室室内溫度的要求，墙体蓄热、释热效果良好。
[0036] 表4溫室大棚室内溫度
[0037]
[0038] 上述参照实施例对该一种采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体进行的详细描 述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本 发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体，包括墙体，其特征是:所述墙体包括自 内向外依次连接的相变蓄热层、砌块层和保温层构成三层结构相变复合墙体，所述相变蓄 热层置于北墙内侧，所述保温层置于北墙最外侧，砌块层置于相变蓄热层和保温层之间。2. 根据权利要求1所述的采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体，其特征是:所述相变 蓄热层厚度为l〇-l〇〇mm;砌块层厚度为250-500mm;保温层厚度为40-60mm。3. 根据权利要求1所述的采用定形潜热蓄热相变材料的复合墙体，其特征是:所述三层 结构相变复合墙体最佳厚度为39〇1]11]1，8卩，相变蓄热层厚度4〇1111]1+砌块层厚度30〇1]11]1+保温层 厚度50mm。
【文档编号】E04B2/00GK105971157SQ201610482440
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】宋晓帆
【申请人】天津大学建筑设计研究院