[发明专利]一种基于气液固液耦合相变的自力式围护结构储能系统

说明书

本发明公开一种基于气液固液耦合相变的自力式围护结构储能系统，包括墙体和安装在墙体内的储能环管系统，墙体包括由外向内依次设置的外侧墙基体层、保温层、内侧墙基体层；储能环管系统包括安装在外侧墙基体层内的室外侧感温包，内侧墙基体层内安装有室内侧感温包，室外侧感温包和室内侧感温包内均填充有气液相变材料，室外侧感温包和室内侧感温包通过夏季储能管和冬季储能管连通。本发明能够实现根据季节和室内外温差来自动调节相变材料位置，以解决现有技术无法最大限度获得相变材料节能效益的难题。

技术领域

本发明涉及建筑节能技术领域，特别是涉及一种基于气液固液耦合相变的自力式围护结构储能系统。

背景技术

适当的建筑被动设计，特别是围护结构的被动设计，已被认为是减少建筑日益增长的供暖和制冷需求的一个关键方面。相变材料在较小温度范围内具有很高的能量密度，因此相变材料在建筑围护结构中的应用得到了广泛的研究。大量研究成果也表明相变材料的加入可以使围护结构在降低冷/热负荷、削弱负荷峰值等方面获得良好的效益。

然而，现有的研究及公开的技术方案，大多将相变材料固定在围护结构中部、内侧或外侧。这样的固定位置的方案将使得相变材料的实际节能效益大打折扣。

例如，专利号为ZL2009200957328的专利文件公开了一种建筑外保温隔热墙体结构，该墙体结构由外至内依次为保温层、隔热层、钢网、保温层、玻璃网格布、防裂保护层和饰面层。其中隔热层是由相变粒球和复合保温材料构成的复合材料。该结构相变材料位于墙体中部，相变材料的储能(夏季凝固后储存的冷量或冬季融化后储存的热量)无论是向室内还是室外传递热量传递都需要经过保温层，吸热和释热的速率都较低。甚至可能出现冬季日间吸收的太阳辐射热量到夜间同时向室内和室外传递，由于室外温度更低导致向外侧流失的热量远大于进入房间内部的热量的情况。

再如，专利号为ZL2008101968705的专利文件公开了一种新型相变-保温复合墙体，该墙体结构由外至内依次为保温层、定形相变层和墙基体。该结构相变材料位于保温层内侧(内侧是指靠近室内的一侧)，其优势是有利于相变材料储存的能量(夏季凝固后储存的冷量或冬季融化后储存的热量)向室内释放；缺点是由于保温层的隔断不利于相变材料的储能过程(如夏季夜间向室外释放热量，冬季日间接收室外的太阳辐射热量)。

又如，专利号为ZL2007100137023的专利文件公开了一种自调温相变复合保温墙体的制造方法及其产品，该产品由外至内依次为相变砂浆，保温腻子，弹性腻子、封闭底漆和绝热涂料。该结构相变材料位于保温绝热层的外侧(外侧是指靠近室外的一侧)，其优势是有利于储能过程，因为无论夏季对外放热还是冬季吸收太阳辐射热量都具有较高的热流率，需要的温差较低；缺点是相变材料所储存的能量对室内的释放经过保温隔热层，热流速率小且需要较高的温差，而对室外释放的能量阻力小、热流率大。

理想的相变储能墙体，我们希望是这样的一种形式：夏季，当室外温度较室内高时相变材料位于保温层内侧(以减少储存的冷量向室外流失)，而当室外温度较室内低时相变材料位于保温层外侧(以增强蓄冷速率)；冬季，当室外温度较室内高时相变材料位于保温层外侧(以接收更多的热量)，当室外温度较室内低时相变材料位于保温层内侧(以减少储存的热量向室外流失)。

为实现上述目的，许多学者和工程师开展了相关研究，以期获得一种可根据季节或室内外温差来实现位置转换的相变墙体。

例如，专利号为ZL2020101071781的专利文件公开了一种耦合附加阳光间和双层旋转相变墙体的供暖制冷系统。该系统利用机械装置旋转双层相变墙体，以调整不同条件下不同相变层(夏季相变层相变温度接近26℃，冬季相变层相变温度接近20℃)所处的位置。但该方法利用机械旋转的方式在实际应用中有非常大的局限。

再如，专利号为ZL2019202895531的专利文件公开了一种可旋转装配式冬夏两用多层相变墙体。同样该相变墙体内部的活动墙体也是采用转轴支架进行旋转，以实现冬夏两季的切换。