一种建筑换热调控墙体及其房屋内外换热控制方法与流程

本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种建筑换热调控墙体及其房屋内外换热控制方法。

背景技术：

建筑能耗占社会总能耗的1/3左右，而在建筑能耗中，建筑外围护结构中墙体的传热量是建筑能耗的主要来源之一，墙体传热量占据的比例是不可忽视的。在《公共建筑节能设计标准》gb50189中，根据建筑的气候分区，对公共建筑的围护结构热工性能作出了具体的规定。规范中围护结构热工性能是根据不同气候分区的围护结构全年传热量权衡计算的结果进行规定。对于公共建筑而言，围护结构的传热性能是相对固定的，其不能随着室外气象条件的变化进行合理地调节。

例如，在北方严寒地区，其冬夏两季气温变化非常大，而其建筑墙体一般是按照冬季的寒冷气候设计的，保温性能很好，但这样使得在过渡季节或夏季的夜晚，保温性能较好的墙体结构不能充分利用室外自然冷源对墙体结构自身以及室内余热进行消除，这样无疑增大了空调系统能耗，浪费能源。

同时现有的墙体结构，对于温度控制这部分要求通常都是按照提高保温性能的方向进行设计，即在墙体内设置保温材料或者保温层，提高隔热效率。现有技术中存在着各种样式的保温性能好的墙体技术或产品。但一些时候，墙体保温性能过高，也会存在不利的效果。例如夏天夜晚当室外降温较快但室内温度还高于人体舒适区域时，如果墙体保温效果好，房屋内外不能快速实现热交换，只能采用空调等方式进行降温，增大了能耗负荷；再例如冬季白天太阳直射后，室外温度上升较快而室内温度还处于低于人体舒适区域范围时，也无法依靠保温墙体实现快速热交换提高室内温度。

因此，怎样才能够提供一种结构简单，能够更好的降低能耗，能够同时满足保温效果和能够更好的对墙体内外换热效率进行调节，使其能够更好地满足不同季节需求的建筑换热调控墙体及其房屋内外换热控制方法，成为本领域技术人员有待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种结构简单，能够更好的降低能耗，能够同时满足保温效果和能够更好的对墙体内外换热效率进行调节，使其能够更好地满足不同季节需求的建筑换热调控墙体及其房屋内外换热控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种建筑换热调控墙体，包括墙体，墙体包括内部的竖向设置的保温层；其特点在于，在所述保温层的内外两侧各自设置有竖向的超声波反射层；还包括超声波发射装置；所述超声波发射装置发出的超声波能够作用于两超声波反射层之间的保温层内。

这样，上述的墙体设置的保温层，使得房间需要保温时，自身具备较好的保温效果。同时，但房间内部需要提高和外部热交换效率时，可以通过设置保温层、超声波反射层和超声波发射装置实现。即控制超声波发射装置发出的超声波作用于两超声波反射层之间的保温层内，使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,进而使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而极大地提高保温层材料的传热系数。即使得墙体保温层在超声波发射装置和超声波反射层的协同作用下具有更好的传热系数，极大地提高了房间内外热交换效率。同时，在超声波发射装置未工作时，保温层能够具备原有的保温效果。故本墙体能够更好地满足不同地区和不同季节对房屋墙体换热性能的不同需求，能够更好地降低能耗。

例如，夏季白天当房屋外部温度较高，可以利用保温层降低热传递效率，防止室内温度升高过快。而到了夏季晚上，当室外降温较快但室内温度还高于人体舒适区域时，就可以开启超声波发射装置，提高保温层换热效率，提高墙体传热系数，使得室内能够更加快速地和室外换热降温，降低空调负荷。而冬季夜晚房屋外部温度较低时，可以依靠保温层对室内进行保温，而到了白天太阳直射导致室外温度升高而室内温度还低于人体舒适区域范围时，也可以开启超声波发射装置，提高保温层换热效率，提高墙体传热系数，使得室内能够更加快速地升高趋近于室外温度，更好地提高室内温度舒适度。

故上述的建筑换热调控墙体具有能够更好的降低能耗，能够同时满足保温效果和能够更好的对墙体内外换热效率进行调节的优点。尤其是在一些冬夏温度变化非常大的区域特别适用。

作为优化，在保温层一侧超声波反射层上设置有超声波入口，所述超声波发射装置对应的设置在超声波入口外侧；并且超声波发射装置发出的超声波能够从所述超声波入口通过并作用于保温层内。

这样，先在保温层一侧超声波反射层上设置有超声波入口，再将超声波发射装置设置在墙体外部，结构简单，设计更加合理，能够更好的保证整个墙体结构的完整性，并且能够方便布置超声波发射装置。

作为优化，所述超声波发射装置包括超声波换能器；所述超声波换能器设置在墙体上的超声波入口外侧，并且超声波换能器具有的超声波发射口朝向所述超声波入口设置，且使得超声波发射口发出的超声波与超声波反射层的法线之间的夹角呈锐角。

这样，超声波换能器上的超声波发射口发出的超声波与超声波反射层的法线之间的夹角呈锐角后，能够使得一个超声波换能器发出的超声波经过反射后作用在墙体保温层上的更多的部位，使得保温层各个位置的传热系数均得到提高，能够使得保温层传热更加均匀，提高传热质量。进一步的，墙体上的与超声波换能器上的超声波发射口相对的位置设置有安装孔，超声波换能器上的超声波发射口端插接设置在所述安装孔内，并且在超声波发射口端与安装孔之间设置有超声波耦合剂；这样，能够避免超声波在空气中发生散射，并且更好的实现超声波从超声波入口进入到保温层内。进一步的，安装孔内端与超声波入口之间通过超声波传递块衔接，且超声波传递块衔接的密度与保温层的密度接近，且保温层密度应与反射层密度相差较大；进一步的，超声波传递块的材质与保温层的材质相同。其中，超声波换能器安装后整体呈倾斜设置。

作为优化，所述超声波入口对应的设置于超声波反射层竖向中部位置；且超声波换能器上的超声波发射口端呈倾斜向下设置。

这样，超声波入口的高度设置更加合理，对应位于超声波入口外侧的超声波发射装置的高度位置更加合理，能够方便调节使用。

并且将超声波换能器的超声波发射口端呈倾斜向下设置后，使得墙体内保温层下端先受到超声波的作用，且保温层下端部分多经过一次超声波作用，使得保温层下端的传热系数整体高于保温层上端整体的传热系数，使得室内和室外换热时，室内下端人员活动区域的传热先于室内上端。

作为优化，墙体上的与超声波入口相邻的一侧设置有安装支架，安装支架整体呈一端水平固定在墙体上的箱体状，所述超声波换能器安装固定在所述安装支架内且一端插接在安装支架内墙体侧面预留的安装孔内。

这样，更加方便将超声波换能器安装固定在墙体上。进一步的，在安装支架上设有竖向的弹性伸缩杆，所述超声波换能器露出于墙体一端支撑安装固定在弹性伸缩杆上端；这样，弹性伸缩杆可快速地将超声波换能器外端顶起定位，以方便其与墙体上的安装孔更好地嵌合安装。

作为优化，在安装支架上还安装固定有供电装置，供电装置与超声波换能器的供电端电连接；并且在供电装置与超声波换能器之间还电连接有开关控制器。

这样，能够方便通过调节开关控制器对整个墙体的传热系数进行调节。

作为优化，在墙体内侧和外侧各自设置有温度传感器，且温度传感器的信号输出端与所述开关控制器的信号输入端相连；在墙体的内侧还设置有热流传感器，且热流传感器的信号输出端与所述开关控制器的信号输入端相连。

这样，设置的两个温度传感器能够各自监测得到墙体内和墙体外的空气温度值t1和t2，并将监测得到的t1和t2传递至开关控制器，设置的热流传感器监测墙体上的热流密度值q,并将热流密度值q传递至开关控制器。后续开关控制器能够根据公式q=h（t1-t2）换算得到传热系数值h。其中t1为室内温度值，t2为室外温度值，且和t2的单位为℃，h为传热系数，单位为w/（㎡·k），q为热流密度，单位为w/㎡。并且开关控制器根据换算得到的传热系数值h对判断是否发出关闭信号，当传热系数值h超出设定值时，则开关控制器发出关闭信号。实施时可以根据监测的热流密度采用以下控制方式控制超声波装置，当传热系数值h的增长率低于某设定值时（如1%），此时认为传热系数h已经达到最大值，则开关控制器发出关闭信号，超声波换能器不再产生超声波。当传热系数h低于最大值的某个百分比时（如98%），则开关控制器发出开启信号，超声波换能器再次产生超声波。其中传热系数的控制优先级低于温度的控制优先级。

或者，实施时可以根据监测的热流密度采用以下控制方式控制超声波装置，依靠热流传感器实时监测墙体上的热流密度，当监测热流密度达到最大值并首次产生变小趋势后可以控制暂时停止超声波换能器，并记录下热流密度最大值，超声波换能器停止一段时间待热流密度下降到距离最大值一个固定阈值范围时重新启动超声波换能器，使得热流密度被控制维持在一个较高的区域范围，提高换热效率。

故通过上述的设置，使得整个建筑换热调控墙体使用更加方便，更加智能化，同时也更加安全。

作为优化，在所述保温层的上下两端各自设置有水平的超声波反射层；且使得两个水平的超声波反射层和两个竖向的超声波反射层在竖向上围成矩形结构。

这样，超声波作用于保温层后，使得超声波到达保温层上下两端时，水平的超声波反射层能够对超声波进行反射，并使得超声波能够再次在两个竖向的超声波反射层之间发生反射，提高超声波的作用效果。

作为优化，墙体还包括内侧的砖墙层以及相贴设置在砖墙层外侧面上的装饰层。

这样，墙体结构设置更加合理，更加美观。

作为优化，墙体还包括外侧的装饰层。

这样，墙体结构设计更加美观。其中，保温层为珍珠岩保温板；超声波反射层为水泥砂浆层。

本发明还公开了一种房屋内外换热控制方法，在房屋的建筑墙体内设置一个竖向的保温层，当需要保持室内温度时，依靠保温层材料降低通过墙体的换热量；当需要使得墙体内空气温度和墙体外空气温度调节至一致时，通过调节提高保温层材料传热系数，提高墙体的换热效率。

这样，上述的房屋内外换热控制方法中，依靠设置的保温层，使得在房屋内需要保温时，保温层自身材料的传热系数很小，房屋内和房屋外的传热效率很低，能够对房屋内进行保温。依靠调节提高保温材料传热系数，使得当需要将墙体内温度和墙体外温度调节至一致时，房屋内和房屋外的传热效率提高，能够更好的调节使得墙体内温度和墙体外温保持一致。上述的方法中，能够更好的满足房屋保温要求和屋内和屋外换热要求两种工作需求，具有节能的优点。

作为优化，依靠超声波调节提高保温层材料传热系数。

这样，依靠超声波调节提高保温层材料传热系数，具有结构简单，更加方便实现的优点。

作为优化，所述建筑墙体采用上述的建筑换热调控墙体，并按照以下方式实现房屋内外换热控制：当夏季白天室外温度高于室内温度，且室外温度高于人体舒适温度区域时，依靠保温层降低室内和室外热传递效率，防止室内温度升高过快；

当夏季晚上室外温度低于室内温度，且室内温度高于人体舒适温度区域时，建筑换热调控墙体开始工作，控制超声波发射装置发出的超声波作用于两超声波反射层之间的保温层内，使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,进而使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而提高保温层材料的传热系数，提高室内和室外的热传递效率，使得室内能够更加快速的和室外换热降温；或者当冬季室内温度处于人体舒适温度区域，室外温度低于室内温度时，依靠保温层降低室内和室外热传递效率，防止室内热量向室外传递；当冬季室外温度高于室内温度，且室内温度低于人体舒适温度区域时，建筑换热调控墙体开始工作，控制超声波发射装置发出的超声波作用于两超声波反射层之间的保温层内，使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,进而使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而提高保温层材料的传热系数，提高室内和室外的热传递效率，使得室内能够更加快速的和室外换热升温。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的结构示意图。

图2为本发明另一结构形式的实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1所示，一种建筑换热调控墙体，包括墙体，墙体包括内部的竖向设置的保温层1；在所述保温层1的内外两侧各自设置有竖向的超声波反射层2；还包括超声波发射装置3；所述超声波发射装置发出的超声波能够作用于两超声波反射层之间的保温层内。

这样，上述的墙体通过设置保温层、超声波反射层和超声波发射装置，超声波发射装置发出的超声波能够在两超声波反射层之间并作用于保温层内，并使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而提高保温层材料的传热系数，即使得墙体保温层在超声波发射装置和超声波反射层的协同作用下具有更好的传热系数。同时，在超声波发射装置未工作时，保温层能够具备原有的保温效果。

将上述的建筑换热调控墙体应用于北方严寒地区，在过渡季节或夏季的夜晚，超声波发射装置工作，使得墙体的传热系数提高，能够使得室外自然冷源更好的经墙体传递至室内并降温，能够降低室内空调耗能，节约能源。在冬季时，超声波发射装置未工作，墙体内的保温层的传热系数不变，能够更好的保证保温效果。

上述的建筑换热调控墙体具有能够更好的降低能耗，能够同时满足保温效果和能够更好的对墙体内外换热效率进行调节的优点。

本具体实施方式中，在保温层1一侧超声波反射层2上设置有超声波入口4，所述超声波发射装置对应的设置在超声波入口外侧；并且超声波发射装置发出的超声波能够从所述超声波入口通过并作用于保温层内。

这样，先在保温层一侧超声波反射层上设置有超声波入口，再将超声波发射装置设置在墙体外部，结构简单，设计更加合理，能够更好的保证整个墙体结构的完整性，并且能够方便布置超声波发射装置。

本具体实施方式中，所述超声波发射装置包括超声波换能器5；所述超声波换能器设置在墙体上的超声波入口4外侧，并且超声波换能器具有的超声波发射口朝向所述超声波入口设置，且使得超声波发射口发出的超声波与超声波反射层的法线之间的夹角呈锐角。

这样，超声波换能器上的超声波发射口发出的超声波与超声波反射层的法线之间的夹角呈锐角后，能够使得一个超声波换能器发出的超声波经过反射后作用在墙体保温层上的更多的部位，使得保温层各个位置的传热系数均得到提高，能够使得保温层传热更加均匀，提高传热质量。本具体实施方式中，所述超声波入口4对应的设置于超声波反射层2竖向中部位置；且超声波换能器上的超声波发射口端呈倾斜向下设置。

这样，超声波入口的高度设置更加合理，对应位于超声波入口外侧的超声波发射装置的高度位置更加合理，能够方便调节使用。

并且将超声波换能器的超声波发射口端呈倾斜向下设置后，使得墙体内保温层下端先受到超声波的作用，且保温层下端部分多经过一次超声波作用，使得保温层下端的传热系数整体高于保温层上端整体的传热系数，使得室内和室外换热时，室内下端人员活动区域的传热先于室内上端。

本具体实施方式中，墙体上的与超声波入口相邻的一侧设置有安装支架6，安装支架整体呈一端水平固定在墙体上的箱体状，所述超声波换能器5安装固定在所述安装支架内且一端插接在安装支架内墙体侧面预留的安装孔内。

这样，更加方便将超声波换能器安装固定在墙体上。进一步的，在安装支架上设有竖向的弹性伸缩杆，所述超声波换能器露出于墙体一端支撑安装固定在弹性伸缩杆上端；这样，弹性伸缩杆可快速地将超声波换能器外端顶起定位，以方便其与墙体上的安装孔更好地嵌合安装。

本具体实施方式中，在安装支架上还安装固定有供电装置7，供电装置与超声波换能器的供电端电连接；并且在供电装置与超声波换能器之间还电连接有开关控制器8。

这样，能够方便通过调节开关控制器对整个墙体的传热系数进行调节。

本具体实施方式中，在墙体内侧和外侧各自设置有温度传感器9，且温度传感器的信号输出端与所述开关控制器8的信号输入端相连；在墙体的内侧还设置有热流传感器10，且热流传感器的信号输出端与所述开关控制器8的信号输入端相连。

这样，设置的两个温度传感器能够各自监测得到墙体内和墙体外的空气温度值t1和t2，并将监测得到的t1和t2传递至开关控制器，设置的热流传感器监测墙体上的热流密度值q,并将热流密度值q传递至开关控制器。后续开关控制器能够根据公式q=h（t1-t2）换算得到传热系数值h。其中t1为室内温度值，t2为室外温度值，且和t2的单位为℃，h为传热系数，单位为w/（㎡·k），q为热流密度，单位为w/㎡。并且开关控制器根据换算得到的传热系数值h对判断是否发出关闭信号，当传热系数值h超出设定值时，则开关控制器发出关闭信号。实施时可以根据监测的热流密度采用以下控制方式控制超声波装置，当传热系数值h的增长率低于某设定值时（如1%），此时认为传热系数h已经达到最大值，则开关控制器发出关闭信号，超声波换能器不再产生超声波。当传热系数h低于最大值的某个百分比时（如98%），则开关控制器发出开启信号，超声波换能器再次产生超声波。其中传热系数的控制优先级低于温度的控制优先级。

或者，实施时可以根据监测的热流密度采用以下控制方式控制超声波装置，依靠热流传感器实时监测墙体上的热流密度，当监测热流密度达到最大值并首次产生变小趋势后可以控制暂时停止超声波换能器，并记录下热流密度最大值，超声波换能器停止一段时间待热流密度下降到距离最大值一个固定阈值范围时重新启动超声波换能器，使得热流密度被控制维持在一个较高的区域范围，提高换热效率。

故通过上述的设置，使得整个建筑换热调控墙体使用更加方便，更加智能化，同时也更加安全。

本具体实施方式中，在所述保温层的上下两端各自设置有水平的超声波反射层；且使得两个水平的超声波反射层和两个竖向的超声波反射层在竖向上围成矩形结构。

这样，超声波作用于保温层后，使得超声波到达保温层上下两端时，水平的超声波反射层能够对超声波进行反射，并使得超声波能够再次在两个竖向的超声波反射层之间发生反射，提高超声波的作用效果。

本具体实施方式中，墙体还包括内侧的砖墙层以及相贴设置在砖墙层11外侧面上的装饰层12。

这样，墙体结构设置更加合理，更加美观。

本具体实施方式中，墙体还包括外侧的装饰层。

这样，墙体结构设计更加美观。其中，保温层为珍珠岩保温板；超声波反射层为水泥砂浆层。

本建筑换热调控墙体另外的一种实施方式，参见图2，本实施方式中，墙体上的与超声波换能器上的超声波发射口相对的位置设置有安装孔13，超声波换能器上的超声波发射口端插接设置在所述安装孔内，并且在超声波发射口端与安装孔之间设置有超声波耦合剂；这样，能够避免超声波在空气中发生散射，并且更好的实现超声波从超声波入口进入到保温层内。同时本实施方式中，安装孔内端与超声波入口之间通过超声波传递块14衔接，且超声波传递块衔接的密度与保温层的密度接近，且保温层密度应与反射层密度相差较大；进一步的，超声波传递块的材质与保温层的材质相同。

本实施方式其余结构和图1所示实施方式完全相同，不在此详述。

本发明还公开了一种房屋内外换热控制方法，在房屋的建筑墙体内设置一个竖向的保温层，当需要保持室内温度时，依靠保温层材料降低通过墙体的换热量；当需要使得墙体内空气温度和墙体外空气温度调节至一致时，通过调节提高保温层材料传热系数，提高墙体的换热效率。

这样，上述的房屋内外换热控制方法中，依靠设置的保温层，使得在房屋内需要保温时，保温层自身材料的传热系数很小，房屋内和房屋外的传热效率很低，能够对房屋内进行保温。依靠调节提高保温材料传热系数，使得当需要将墙体内温度和墙体外温度调节至一致时，房屋内和房屋外的传热效率提高，能够更好的调节使得墙体内温度和墙体外温保持一致。上述的方法中，能够更好的满足房屋保温要求和屋内和屋外换热要求两种工作需求，具有节能的优点。

本具体实施方式中，依靠超声波调节提高保温层材料传热系数。

这样，依靠超声波调节提高保温层材料传热系数，具有结构简单，更加方便实现的优点。

本具体实施方式中，所述建筑墙体采用上述图1或图2的建筑换热调控墙体，并按照以下方式实现房屋内外换热控制：当夏季白天室外温度高于室内温度，且室外温度高于人体舒适温度区域时，依靠保温层降低室内和室外热传递效率，防止室内温度升高过快；

当夏季晚上室外温度低于室内温度，且室内温度高于人体舒适温度区域时，建筑换热调控墙体开始工作，控制超声波发射装置发出的超声波作用于两超声波反射层之间的保温层内，使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,进而使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而提高保温层材料的传热系数，提高室内和室外的热传递效率，使得室内能够更加快速的和室外换热降温；

或者当冬季室内温度处于人体舒适温度区域，室外温度低于室内温度时，依靠保温层降低室内和室外热传递效率，防止室内热量向室外传递；

当冬季室外温度高于室内温度，且室内温度低于人体舒适温度区域时，建筑换热调控墙体开始工作，控制超声波发射装置发出的超声波作用于两超声波反射层之间的保温层内，使得保温层材料分子产生高频机械振动，不断拉伸和挤压保温层材料分子,进而使得保温层材料分子孔隙直径发生变化，缩短热量在多孔介质传导过程中的传热路线，从而提高保温层材料的传热系数，提高室内和室外的热传递效率，使得室内能够更加快速的和室外换热升温。