專利名稱：光伏相變蓄熱節能墻體系統的制作方法
技術領域：
本技術涉及太陽能光伏電池組件在建筑上安裝后的光電效率以及光伏板背面的熱利用問題，具體是設計一種通用型的光伏相變蓄熱節能墻體系統，通過簡單易行的相變蓄熱材料和傳統建筑材料的結合，以及可調百葉和風機的共同作用，控制光伏電池組件背面的溫度，提高建筑光伏發電效率。同時根據不同季節的氣候，通過百葉和風機控制相變蓄熱墻體是否吸收和放出熱量，調整室內熱舒適度。
背景技術：
使用相變材料的首次嘗試可以追溯到20世紀40年代有關被動式太陽能收集器的開發和建造。暫時存儲過剩的熱能，然后將熱能釋放給室內。這項任務需要材料具有高度的導納能力(即能量存儲容量)。在基本構造中可以使用具有蓄熱容量特別高的材料增加有效的熱能聚集。由于通常建筑材料導納能力較低，因此它們的效率也較低。在使用熱存儲方式時，如果不能改變物理狀態而又要獲得極大的熱量，那就需要特別重、表面積巨大的裝置。在這方面相變材料極有希望成為這種新型材料，因為這種材料可以在相對較小的溫度范圍內，存儲較大的熱量，同時重量很輕。相變材料應用于建筑材料的研究始于1982年，20世紀90年代以相變材料處理建筑材料(如石膏板、墻板與混凝土構件等)的技術開始發展起來。隨后，相變材料在混凝土試塊、石膏墻板等建筑材料中研究和應用。1999年，國外又在墻板或輕型混凝土預制板、地板中使用相變材料，可以保持室內適宜的溫度。國內對相變建筑材料的研究起步較晚，近兩年，北京廣域相變科技有限公司與國內幾家頂尖的研究機構合作研究相變材料的高效結合，共同研制相變材料微膠囊，將相變材料做成微膠囊再與建筑材料摻混，為相變材料在建筑保溫材料中的應用開拓了更廣闊的天地。但是，相變材料微膠囊在建材方面仍存在一些問題，比如熱導率低，穩定性不好，壽命短，與建筑材料不容易相容，可塑性差等。與此同時，光伏建筑一直困擾于光伏電池板背面溫度過高而導致發電效率下降的問題。溫度對晶體硅PV組件和光伏陣列在發電效率和壽命方面的影響是眾所周知的。大多數PV陣列的光電轉換效率在很大程度上受溫度的影響，隨著工作環境溫度的升高，其效率會大大降低；同時PV的壽命也會縮短。本技術針對相變材料、輕質建筑結構以及光伏建筑面臨的效率和壽命問題，設計了一種光伏相變蓄熱節能墻體系統，對太陽能高效利用和節能減排具有實用價值和創新意義。
發明內容
本技術的目的在于提供一種光伏相變蓄熱節能墻體系統，該系統采用模數制，構造簡單，可實現自行冷卻，對熱回收利用，并提高光電轉化效率。本光伏相變蓄熱節能墻體系統，包括光伏電池組件1、可調風口百葉5-8、風機9、可調遮熱百葉10和相變蓄熱節能墻板模塊12 ；可調遮熱百葉10安裝在光伏電池組件1和相變蓄熱節能墻板模塊12之間的空腔11處，引導空腔11內的空氣流動的風機9安裝在空腔11內或靠近空腔11 口處；可調風口百葉5在光伏相變蓄熱節能墻體的外側的上部，可調風口百葉6在墻體內側的上部，可調風口百葉7在光伏相變蓄熱節能墻體的外側下部，可調風口百葉8在光伏相變蓄熱節能墻體的內側下部。所述光伏電池組件形式不限，光伏電池組件與相變蓄熱節能墻之間的連接構造根據光伏電池組件的具體形式(如有邊框、無邊框或薄膜等)而定，因此具有一定的靈活性。所述可調遮熱百葉位于光伏電池組件和相變蓄熱節能墻板模塊之間的空腔處，可調遮熱百葉的葉片可以成任意角度旋轉，遮擋熱輻射，控制不同季節下相變蓄熱節能墻板模塊是否吸收或釋放熱量。所述可調風口百葉根據不同的氣候條件，控制各個可調風口百葉的開和關及其相應的程度，從而控制光伏相變蓄熱節能墻體系統的工作狀態。所述風機位于光伏電池組件和相變蓄熱節能墻板模塊之間的空腔內或者上述空腔上方或下方，主要引導空腔內的空氣流動。所述相變蓄熱節能墻體系統，針對冬季(夏季)白天有太陽和沒有太陽以及冬季 (夏季)夜間幾個不同的氣候條件，有相應的工作狀態，能減少室內冷/熱負荷，提高光伏發電效率，具體工作狀態如下
對于冬季白天有太陽的時候，可調風口百葉5和8關閉，可調風口百葉6和7打開，可調遮熱百葉10打開。室外新鮮冷空氣從可調風口百葉7進入，經空腔11加熱后從可調風口百葉6進入室內。打開可調遮熱百葉10，相變蓄熱墻體開始吸收太陽輻射熱量并蓄能。對于冬季夜晚或冬季白天沒有太陽的時候，四個可調風口百葉5-8均關閉，可調遮熱百葉10關閉，減少蓄熱墻體向外輻射的熱損失。對于夏季白天有太陽的時候，可調風口百葉5和7打開，可調風口百葉6和8均關閉，可調遮熱百葉10關閉，風機9打開，可降低光伏電池板的溫度并減少室內冷負荷。對于夏季夜晚或夏季白天沒有太陽且室外比室內涼爽的時候，四個可調風口百葉 5-8均打開，可調遮熱百葉10打開，即可實現自然通風來調節室內環境。對于夏季夜晚或夏季白天沒有太陽且室外比室內熱的時候，可調風口百葉6關閉，可調風口百葉5、7和8打開，可調遮熱百葉10關閉，風機9打開，以實現機械通風降溫。因此，本技術的有益效果與現有技術相比，本技術不但設計簡單、方便、靈活，安裝成本低，而且可以利用光伏電池組件背面的熱量，并提高建筑光伏發電效率，在推廣太陽能光伏建筑應用方面具有較大意義，能進一步推進建筑節能的創新應用。上述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，風機9安裝在可調遮熱百葉10的上方。上述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，所述相變蓄熱節能墻板模塊12包括預制鋼筋混凝土空心墻板18、密封在預制鋼筋混凝土空心墻板18的空心部分內的建筑用相變材料3。所述相變蓄熱節能墻板模塊12還包括位于預制鋼筋混凝土空心墻板18內側的內保溫層4，和包括固定在預制鋼筋混凝土空心墻板18上預埋連接件。建筑用相變材料3為石蠟、聚氧乙烯、結晶性脂方酸、烷烴、酯類及其混合物，其相變溫度為23 ^TC。室溫變化超出這一范圍時，相變材料便會熔化或凝固來吸收或放出熱量。所述相變蓄熱節能墻板模塊中的建筑用相變材料成一定形狀密封在鋼筋混凝土的空心部分中，具體形式是將鋼筋混凝土墻板預制成空心狀，空心部分的形狀可以是矩形、正方形、梯形、多邊形、橢圓或圓形等形狀，最大尺寸可控制在20-30mm范圍內，并成一定序列排列。同時，在預制鋼筋混凝土空心墻板內預埋3個連接件，共同組成相變蓄熱節能墻板模塊。所述相變蓄熱節能墻體模塊化設計，應用合適的模數，由統一的預制模塊組合而成，便于實現工業化生產。對于自然通風房間占絕對主導的房間，無內保溫層，直接抹灰，效果會更加好。上述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，進入可調風口百葉7的風是涼風，如地道風或水面風等。上述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，可調遮熱百葉10上涂有高反射率材料。
圖1為本技術的剖面示意圖2為本技術中相變蓄熱節能墻板模塊第一種結構示意圖； 圖3為本技術中相變蓄熱節能墻板模塊第二種結構示意圖； 圖4為本技術中相變蓄熱節能墻板模塊第三種結構示意圖； 圖5為相變蓄熱節能墻板模塊的組裝示意圖； 圖6本技術系統示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本技術做進一步描述
如圖1所示，光伏相變蓄熱節能墻體系統，包括光伏電池組件1、可調風口百葉5-8、風機9、可調遮熱百葉10和相變蓄熱節能墻板模塊12。所述光伏電池組件1形式不限，光伏電池組件1與相變蓄熱節能墻2之間的連接構造根據光伏電池組件1的具體形式(如有邊框、無邊框或薄膜等)而定，因此具有一定的靈活性。所述光伏相變蓄熱節能墻2由相變蓄熱節能墻板模塊12組裝而成。所述光伏電池組件1與相變蓄熱節能墻體結合，在可調風口百葉5-8、風機9和可調遮熱百葉10的共同控制下，實現光伏/熱收集建筑一體化。相變蓄熱節能墻體系統針對冬季(夏季)白天有太陽和沒有太陽以及冬季(夏季) 夜間幾個不同的氣候條件，有相應的工作狀態，能減少室內冷/熱負荷，提高光伏發電效率。以冬季白天有太陽的時候為例(如圖1所示)，節能墻體系統處于可調風口百葉5和8 關閉，可調風口百葉6和7打開，可調遮熱百葉10打開的工作狀態。此時，室外新鮮冷空氣從可調風口百葉7進入，經空腔11加熱后從可調風口百葉6進入室內。同時保證光伏電池組件1背面的溫度不至于過高，提高光伏發電效率。打開可調遮熱百葉10，相變蓄熱墻體開始吸收太陽輻射熱量并蓄能。如圖2-4所示，相變蓄熱節能墻板模塊12由預制鋼筋混凝土空心墻板18、建筑用相變材料3和預埋連接件13-15共同組成。預制鋼筋混凝土空心墻板18的空心腔體的形狀可以是矩形、正方形、梯形、多邊形、橢圓或圓形等形狀(如圖2-4所示)，并成一定序列排列。建筑用相變材料3密封在預制鋼筋混凝土空心墻板18的空心腔體內部。同時，預制鋼筋混凝土空心墻板18還預埋了連接件13-15，與建筑用相變材料3 —起組成了相變蓄熱節能墻板模塊12。相變蓄熱節能墻體采用模數化設計，應用合適的模數，由統一的預制模塊組合而成，便于實現工業化生產。
如圖5所示，相變蓄熱節能墻板模塊12之間經過連接件13-15和連接件16的組合連接，形成一個墻體框架體系，相鄰模塊之間填充保溫材料17，保證墻體熱工性能。如圖6所示，可調遮熱百葉10安裝在光伏電池組件1和相變蓄熱節能墻板模塊12 之間的空腔11處，并保證空腔11有一定的空氣流通空間。可調遮熱百葉10上涂有高反射率材料，可根據實際需要調節角度，控制熱輻射對相變蓄熱節能墻板模塊12的影響。安裝步驟
第一步，根據各地氣候條件(主要是日較差和年較差)，計算出外圍護結構所需要的熱容量，由此確定相變材料的種類和數量，并將其密封在鋼筋混凝土空心板的空腔內。第二步，安裝墻體框架。對于1-3層的低層建筑，由于本技術具有一定的承重能力，因此無需設計承重結構，光伏相變蓄熱節能墻2可充當承重墻使用。組裝相變蓄熱節能墻板模塊12，模塊與模塊之間填充保溫材料17。對于有承重結構的4-7層的多層和高層建筑，如果墻體需要和承重結構相連，光伏相變蓄熱節能墻體可充當外圍護結構使用，且墻體具有較強的抗彎和抗壓能力。墻體框架安裝在承重結構之間，模塊12之間的連接方式同上。第三步，安裝可調遮熱百葉10。將可調遮熱百葉10安裝在各個相變蓄熱節能墻板模塊12之間，如圖4所示。第四步，安裝風機9。將風機9安裝在可調遮熱百葉10的上方，即光伏電池組件1和相變蓄熱節能墻板模塊12之間的空腔的上方，如圖1所示。第五步，調試。檢查光伏相變蓄熱節能墻體系統的運行是否正常，主要包括可調遮熱百葉10、風機9的控制。若不能正常運行，則需查明原因，解決問題后再進行下一步的安裝。第六步，安裝光伏電池組件1。調試正常后，即可安裝光伏電池組件1。如圖6所示，將光伏電池組件1安裝在墻體的最外側。第七步，安裝可調風口百葉5-8。可調風口百葉5-8的安裝位置如圖1所示，可調風口百葉5在光伏相變蓄熱節能墻體的外側的上部，可調風口百葉6在墻體內側的上部，可調風口百葉7在光伏相變蓄熱節能墻體的外側下部，可調風口百葉8在光伏相變蓄熱節能墻體的內側下部。第八步，安裝內墻保溫和飾面4。內墻保溫起到阻斷傳熱的作用，飾面4的安裝起到保護和美化光伏相變蓄熱節能墻體系統內墻面的作用。如圖1所示，因此內墻飾面的安裝具有較大的靈活性，可根據實際情況和用戶需要而定。本技術的優勢如下 1、光伏電池組件1的優點
光伏電池組件1形式不受墻體結構的約束，安裝具有可變性和靈活性。2、相變蓄熱節能墻板模塊12的優點
相變蓄熱節能墻板采用預制鋼筋混凝土空心墻板18和建筑用相變材料3結合的方式，將鋼筋混凝土的力學及導熱性能與相變材料的熱工性能發揮地淋漓盡致。相變蓄熱節能墻板不但具有一般保溫墻體所具有的保溫性能、力學性能，而且與光伏電池組件1結合形成了光伏相變蓄熱節能墻體，實現了光伏建筑一體化的構想。3、光伏相變蓄熱節能墻體系統的優點
光伏相變蓄熱節能墻體系統不但降低了光伏電池組件1背面的溫度，提高了建筑光伏發電的效率，還對太陽輻射熱和光伏電池組件1產生的熱量進行了利用。整個系統在可調遮熱百葉10、風機9和可調風口百葉5-8的協調控制下，能調節室內熱舒適度和空氣質量， 大大降低了室內的冷負荷和熱負荷，起到節能環保的作用。光伏相變蓄熱節能墻體系統的各個組成部分均可采用工廠預制、成批生產的方式。尤其是相變蓄熱節能墻板模塊12和光伏電池組件1采用模數制，可實現工業化生產， 便于施工。本技術提供的光伏相變蓄熱節能墻體系統，包括光伏電池組件、可調遮熱百葉、風機、可調風口百葉和相變蓄熱節能墻板模塊。所述可調遮熱百葉位于光伏電池組件和相變蓄熱節能墻體之間的空腔處，百葉片可以成任意角度旋轉，遮擋太陽熱輻射或釋放相變蓄熱節能墻板的熱輻射。所述風機主要引導空腔內的空氣流動。所述相變蓄熱節能墻體由預制鋼筋混凝土空心墻板、建筑用相變材料和預埋連接件共同組成。在本技術中用到的光伏電池組件形式不受約束，光伏電池組件與相變蓄熱節能墻板之間的連接構造根據光伏電池組件的具體形式(如有邊框、無邊框或薄膜等)而定，因此具有一定的靈活性。本光伏蓄熱節能墻體系統，將相變蓄熱材料與傳統建筑材料巧妙結合，與光伏電池組件共同組成節能墻體系統，在可調遮熱百葉、風機以及上下4個可調風口百葉的共同控制下，實現光伏電池組件的高效發電和冬暖夏涼的室內舒適環境。本技術構造簡單，安裝和拆卸靈活、方便，在提高光伏發電效率的同時，還能利用光伏電池組件背面的熱量，大大改善了室內熱濕環境的質量綜上所述，本光伏相變蓄熱節能墻體系統在設計上，具有構造簡單，采用模數制標準化設計，可實現工業化生產；在施工上，具有預制裝配式施工方式的快速、靈活，安裝成本低等優點；在性能上，可以利用太陽熱輻射和光伏電池組件1背面的熱量，提高了建筑光伏發電效率，改善了室內熱舒適度和空氣品質；在太陽能光伏建筑應用推廣方面具有較大意義，能進一步推進建筑節能的創新應用。
權利要求
1.光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，包括光伏電池組件(1)、可調風口百葉 (5、6、7、8)、風機(9)、可調遮熱百葉(10)和相變蓄熱節能墻板模塊(12)；可調遮熱百葉 (10)安裝在光伏電池組件⑴和相變蓄熱節能墻板模塊(12)之間的空腔(11)處，引導空腔(11)內的空氣流動的風機(9)安裝在空腔(11)內或靠近空腔(11) 口處；可調風口百葉 (5)在光伏相變蓄熱節能墻體的外側的上部，可調風口百葉(6)在墻體內側的上部，可調風口百葉(7)在光伏相變蓄熱節能墻體的外側下部，可調風口百葉(8)在光伏相變蓄熱節能墻體的內側下部。
2.根據權利要求1所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，風機(9)安裝在可調遮熱百葉(10)的上方。
3.根據權利要求1所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，所述相變蓄熱節能墻板模塊(12)包括預制鋼筋混凝土空心墻板(18)、密封在預制鋼筋混凝土空心墻板 (18)的空心部分內的建筑用相變材料(3)。
4.根據權利要求3所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，所述相變蓄熱節能墻板模塊(1 還包括位于預制鋼筋混凝土空心墻板(18)內側的內保溫層G)。
5.根據權利要求3所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，所述相變蓄熱節能墻板模塊(1 還包括固定在預制鋼筋混凝土空心墻板(18)上預埋連接件(13、14、15、 16)。
6.根據權利要求3所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，建筑用相變材料 (3)為石蠟、聚氧乙烯、結晶性脂方酸、烷烴、酯類及其混合物，其相變溫度為23 ^TC。
7.根據權利要求1所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，進入可調風口百葉(7)的風是涼風，如地道風或水面風。
8.根據權利要求1所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，可調遮熱百葉 (10)上涂有高反射率材料。
9.根據權利要求1所述的光伏相變蓄熱節能墻體系統，其特征在于，所述可調風口百葉(5、6、7、8)根據不同的氣候條件，控制各個可調風口百葉(5、6、7、8)的開和關及其相應的程度，從而控制光伏相變蓄熱節能墻體系統的工作狀態。
全文摘要
本技術提供一種光伏相變蓄熱節能墻體系統，該系統采用模數制，構造簡單，可實現自行冷卻，對熱回收利用，并提高光電轉化效率。它包括光伏電池組件(1)、可調風口百葉(5-8)、風機(9)、可調遮熱百葉(10)和相變蓄熱節能墻板模塊(12)；可調遮熱百葉(10)安裝在光伏電池組件(1)和相變蓄熱節能墻板模塊(12)之間的空腔(11)處，引導空腔(11)內的空氣流動的風機(9)安裝在空腔(11)內或靠近空腔(11)口處；可調風口百葉(5)在光伏相變蓄熱節能墻體的外側的上部，可調風口百葉(6)在墻體內側的上部，可調風口百葉(7)在光伏相變蓄熱節能墻體的外側下部，可調風口百葉(8)在光伏相變蓄熱節能墻體的內側下部。
文檔編號E04B2/00GK102561547SQ20111043772
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者彭昌海, 黃瑩 申請人:東南大學