一种主动式双层内嵌管通水木墙

1.本技术涉及新能源利用技术领域，尤其涉及一种主动式双层内嵌管通水木墙。


背景技术：

2.木材是一种天然易得的绿色可再生资源，当其作为建筑材料，不仅有着保温性能好，抗震性能强，加工周期短等诸多优点，并且木材在其生命周期内对碳都有吸收作用，是一种“负碳”型材料，木制建筑的二氧化碳排放要低于其他材料建筑，有着重大的应用潜力。
3.相变层是利用物质发生相变时会吸收或放出大量的热量这一性质来进行蓄冷或储热，具有高储能密度，热效率高，相变过程中恒温的优点，使用简便，无需能量输入。将相变层与外围护结构相结合可以显著提高其热容，通过从固态变成液态的过程吸收并储存热量来降低周围的温度，周围的空气温度降低后，又能从液态变回固态，把储存的热量释放出来，以此固液循环实现建筑节能。但是，仅凭相变层本身很难进行完整的蓄放热循环，可将其与可再生能源结合使用。
4.太阳能具有分布广泛、利用技术较为成熟且取之不尽用之不竭的优势，一直以来，对太阳能集热技术的研究都是我国建筑节能领域研究的重点。
5.外太空温度约为4k，是极佳的天然冷源，大气对8～13微米的红外波段来说是透明的，该波段即“大气窗口”，天空辐射制冷技术原理为增大该波段的发射率，以增大辐射传热的效率，从而降低热源的温度。
6.将冷源或热源应用于建筑内部供冷或供暖时，通常对温度有着较高的要求，但夏季建筑外围护结构温度通常高于内围护结构温度，而冬季则低于内围护结构的温度，这为许多低品位冷热源提供了应用的场所，内嵌管结构便是其应用之一。内嵌管结构的概念是将管道嵌入混凝土板或是砖层之内，并利用循环水传递热量或冷量，将墙体本身作为蓄能装置，减少外部能量损失，实现降低建筑能耗，具有良好的节能效果。
7.目前，研究相变储热技术、内嵌管技术、天空辐射制冷技术以及太阳能集热技术等的案例有很多，但将其整合在一起，以满足冬夏两季不同负荷需求情况下的产品还较少。并且，大多数内嵌管结构为单层管，全年使用条件下不能很好满足室内人员的舒适性要求，而考虑到墙体不同结构部位有着温度品位差异，经过一次循环后的循环水仍有进一步使用的价值，因此本技术提供一种主动式双层内嵌管通水墙体，提供更高的能源利用率并且可供全年使用，营造全年舒适的室内热环境。


技术实现要素：

8.本技术的实施例提供一种主动式双层内嵌管通水木墙，夏季通过天空辐射板制冷，冷水先经过第一管网为夏季相变层进行蓄冷，再流经第二管网吸收室内热量，有效延缓室内温度升高；冬季通过太阳能热水器制热，热水先经过第二管网对室内进行辐射供暖，并为冬季相变层进行蓄热，再流经第二管网形成墙体内的“热障”，减少墙体内与室内的温差，阻止室内热量向外界的流失，降低全年建筑能耗。
9.为达到上述目的，本技术的实施例提供了一种主动式双层内嵌管通水木墙，包括墙体组件、天空辐射板和太阳能集热组件；所述墙体组件包括由外至内依次设置的外墙饰面层、夏季相变层、保温层组、冬季相变层和内墙饰面层；所述夏季相变层内嵌有第一管网；所述冬季相变层内嵌有与第一管网连通的第二管网；所述天空辐射板的出水口与所述第一管网连通，所述天空辐射板的进水口与所述第二管网连通；所述天空辐射板能够对进入其内的水进行降温；所述太阳能集热组件的出水口与所述第二管网连通，所述太阳能集热组件的进水口与所述第一管网连通；所述太阳能集热组件能够对进入其内的水进行升温。
10.进一步地，所述夏季相变层和所述冬季相变层均采用液态石蜡浸渍木材处理后制成；所述夏季相变层的相变温度为32℃，所述冬季相变层的相变温度为20℃。
11.进一步地，所述第一管网和所述第二管网均包括并联设置的多个毛细管，多个毛细管的上部通过顶部毛细干管连通，下部通过底部毛细干管连通。
12.进一步地，多个所述毛细管均为沿竖直方向设置的直管段，且沿水平方向等距排列。
13.进一步地，多个所述毛细管均为正弦状的连续弯曲波浪形结构。
14.进一步地，所述墙体组件还包括第一obs板和第二obs板；所述第一obs板位于所述外墙饰面层和所述夏季相变层之间；所述第二obs板位于所述保温层组和所述冬季相变层之间。
15.进一步地，所述保温层组包括木制龙骨和填充在其内的保温材料。
16.进一步地，所述太阳能集热组件包括太阳能热水器和蓄水箱；所述蓄水箱通过供水干管与所述第二管网连通；所述蓄水箱通过回水干管与所述第一管网连通；所述供水干管上设有第一开关阀；所述回水干管上设有循环水泵和第二开关阀。
17.进一步地，所述第一开关阀的入口与所述第二开关阀的出口之间设有第一辅助管路，所述第一辅助管路上设有第三开关阀；所述第一开关阀的出口与所述第二开关阀的入口之间设有第二辅助管路，所述第二辅助管路上设有第四开关阀。
18.进一步地，所述蓄水箱还与生活热水管道和补水管连通。
19.本技术相比现有技术具有以下有益效果：
20.1、本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙通过设置天空辐射板和太阳能热水器，并在木结构墙体中设置内嵌有第一管网的夏季相变层和内嵌有第二管网的冬季相变层，从而在夏季通过天空辐射板制冷，冷水先经过第一管网为夏季相变层进行蓄冷，再流经第二管网吸收室内热量，有效延缓室内温度升高；冬季通过太阳能热水器制热，热水先经过第二管网对室内进行辐射供暖，并为冬季相变层进行蓄热，再流经第二管网形成墙体内的“热障”，减少墙体内与室内的温差，阻止室内热量向外界的流失。
21.2、本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙可满足冬夏两季制冷和供暖两种不同的负荷需求，有效提高了木结构围护结构的性能，有助于室内舒适热环境的营造，并降低了全年建筑能耗。
22.3、相对于传统的单管内嵌墙体，当墙内水管位置确定时，只能使用对应温度范围内的传热介质，本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙，可以根据所用传热介质实际品位的高低将其进行分配，具有更高的灵活性和舒适性。
23.4、本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙克服了现有的内嵌管结构墙体、木墙
和相变墙体的不足，改善了建筑内全年的热舒适性，同时，该墙体充分利用了太阳能和太空的天然低温冷源等可再生能源生产能源，在保留了木结构建筑的美观性的基础上，具有显著的节能减排效果。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙的结构示意图；
26.图2为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙中墙体组件的结构示意图；
27.图3为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙中墙体组件的分解结构示意图；
28.图4为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙中墙体组件的俯视剖视图；
29.图5为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙中木质龙骨的结构示意图；
30.图6为本技术实施例主动式双层内嵌管通水木墙中第一管网的结构示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.参照图1，本技术的实施例提供了一种主动式双层内嵌管通水木墙，包括墙体组件1、天空辐射板2和太阳能集热组件3。
36.参照图2，墙体组件1包括由外至内依次设置的外墙饰面层11、第一obs板12、夏季相变层13、保温层组14、第二obs板15、冬季相变层16和内墙饰面层17。
37.夏季相变层13和冬季相变层16均采用液态石蜡浸渍木材处理后制成；夏季相变层13的相变温度为32℃，冬季相变层16的相变温度为20℃。
38.参照图1和图5，保温层组14包括木制龙骨141和填充在其内的保温材料142。木结
构材料可以根据当地木材合理变化，优选为杨木或松木。保温材料142可以采用发泡聚氨酯或聚苯板制备。由此，由于木材是多孔材料，保温隔热性能要优于混凝土，可以防止冬季室内热量的流失，结合冬季相变层16和内嵌管的放热，可以起到防寒保暖的作用，在夏季也能有效隔绝室外的热空气，结合夏季相变层13和内嵌管的吸热，能够保持室内的舒适阴凉。
39.参照图1至图4，夏季相变层13和冬季相变层16内均开设有凹槽，其中，夏季相变层13的凹槽内嵌有第一管网131，冬季相变层16的凹槽内嵌有与第一管网131连通的第二管网161。
40.第一obs板12能够对毛细管进行保护，并在整个墙体中起支撑作用。第二obs板15能够整平保温层，并在整个墙体中起支撑作用。
41.参照图3和图6，第一管网131和第二管网161均包括并联设置的多个毛细管18，多个毛细管18的上部通过顶部毛细干管181连通，下部通过底部毛细干管182连通，且第一管网131的底部毛细干管182和第二管网161的底部毛细干管182串联。为了提高导热性，在一些实施例中，第一管网131和第二管网161均采用管径为dn10的铜管。
42.具体的，在一些实施例中，多个毛细管18均为沿竖直方向设置的直管段，且沿水平方向等距排列，由此可以保证热量交换的稳定性，以便在墙体内部形成稳定的温度分布。
43.在另一些实施例中，多个毛细管18均为正弦状的连续弯曲波浪形结构。由此，可以得到更大的换热面积和更好的换热效果，需要说明的是，此时，夏季相变层13或冬季相变层16的凹槽也应贴合管道变化而变化，具体的加工方法为现有技术，此处不做赘述。
44.参照图1，天空辐射板2由金属材料制成，以一定角度放置在屋顶，顶面设置透明玻璃盖板，减少周边环境对流和辐射损失，实现更高的制冷效果。天空辐射板2能够对进入其内的水进行降温。天空辐射板2面向天空的一侧涂有高红外发射率的pet涂料。天空辐射板2的出水口与第一管网131连通，天空辐射板2的进水口与第二管网161连通。需要说明的是，天空辐射板2在夏季全天皆可进行工作，将冷水供给管网进行循环，冬季全天关闭。
45.太阳能集热组件3包括相互连通的太阳能热水器31和蓄水箱32。太阳能热水器31能够对进入其内的水进行升温，并将其输送至蓄水箱32进行储存。蓄水箱32的出水口通过供水干管33与第二管网161连通。蓄水箱32的进水口通过回水干管34与第一管网131连通。蓄水箱32还与生活热水管道35和补水管36连通。生活热水管道35和补水管36上均设有开关阀。
46.供水干管33上设有第一开关阀331和循环水泵332，回水干管34上设有第二开关阀341。第一开关阀331的入口与第二开关阀341的出口之间设有第一辅助管路，第一辅助管路上设有第三开关阀37。第一开关阀331的出口与第二开关阀341的入口之间设有第二辅助管路，第二辅助管路上设有第三开关阀38。需要说明的是，太阳能热水器31在全年白天皆可进行工作，冬季将热水供给管网进行循环，夏季供给室内作为生活热水使用。另外，所有暴露在外的管道皆可以在外包覆保温材料，减少输送途中的沿程热量丧失。
47.本技术实施例的工作原理如下：
48.冬季，关闭天空辐射板2的开关阀，天空辐射板2停止工作，打开太阳能热水器31的开关阀，同时打开第一开关阀331和第二开关阀341，并保持第三开关阀37和第四开关阀38关闭。
49.晴朗白天被太阳能热水器31加热的循环水，进入蓄水箱32中储存，蓄水箱32中的
热水先被送到靠近室内侧的第二管网161中，加热内墙侧，对室内环境进行辐射供热，热量一部分直接通过内墙传到室内，一部分被冬季相变层16吸收，可以在夜间温度较低或者热水停止供应时释放，以延长供暖时间。随后，进行完第一次放热后的热水流经靠近室外侧的第一管网131中，热量被温度更低的外墙侧吸收，使得墙体整体内部温度升高，进一步减少室内热量向室外散失。当环路内水量不足时，可通过补水管36进行补水。
50.夏季，关闭太阳能热水器31的开关阀，打开生活用水管上的开关阀，热水便不再流向墙体，转而作为生活热水供室内人员使用。打开天空辐射板2的开关阀，天空辐射板2开始工作，同时打开第三开关阀37和第四开关阀38，并保持第一开关阀331和第二开关阀341关闭。
51.白天夏季相变层13可以吸收外墙收到的辐射热量，减缓室内温度升高趋势，天空辐射板2能有效反射太阳光同时进行天空辐射制冷，将循环水降温至低于夏季相变层13的相变温度，冷水被送到靠近室外侧的第一管网131中，带走夏季相变层13中的热量进行辅助降温，并形成墙内“热障”，带走一部分侵入墙体内的热量，减少高温室外环境对室内热环境的影响。夜间，天空温度减低，天空辐射板2能够将循环水的温度降至更低。冷水先被送到靠近室外侧的第一管网131中，通过低温冷水为夏季相变层13蓄冷，使之完全凝固，为第二天白天吸收热量做准备，并且辅助冷却墙体。随后，进行完第一次放冷后的冷水流经靠近室内侧的第二管网161，吸收室内侧的热量，营造舒适热环境。
52.本技术实施例克服了现有的木结构墙体和相变墙体的不足，改善了建筑内全年的热舒适性，同时该墙体利用了太阳能和太空的天然低温冷源等可再生能源，在保留了木结构建筑的美观性的基础上，具有显著的节能减排效果。
53.仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，包括墙体组件、天空辐射板和太阳能集热组件；所述墙体组件包括由外至内依次设置的外墙饰面层、夏季相变层、保温层组、冬季相变层和内墙饰面层；所述夏季相变层内嵌有第一管网；所述冬季相变层内嵌有与第一管网连通的第二管网；所述天空辐射板的出水口与所述第一管网连通，所述天空辐射板的进水口与所述第二管网连通；所述天空辐射板能够对进入其内的水进行降温；所述太阳能集热组件的出水口与所述第二管网连通，所述太阳能集热组件的进水口与所述第一管网连通；所述太阳能集热组件能够对进入其内的水进行升温。2.根据权利要求1所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述夏季相变层和所述冬季相变层均采用液态石蜡浸渍木材处理后制成；所述夏季相变层的相变温度为32℃，所述冬季相变层的相变温度为20℃。3.根据权利要求2所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述第一管网和所述第二管网均包括并联设置的多个毛细管，多个毛细管的上部通过顶部毛细干管连通，下部通过底部毛细干管连通。4.根据权利要求3所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，多个所述毛细管均为沿竖直方向设置的直管段，且沿水平方向等距排列。5.根据权利要求3所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，多个所述毛细管均为正弦状的连续弯曲波浪形结构。6.根据权利要求2所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述墙体组件还包括第一obs板和第二obs板；所述第一obs板位于所述外墙饰面层和所述夏季相变层之间；所述第二obs板位于所述保温层组和所述冬季相变层之间。7.根据权利要求1所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述保温层组包括木制龙骨和填充在其内的保温材料。8.根据权利要求1所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述太阳能集热组件包括太阳能热水器和蓄水箱；所述蓄水箱通过供水干管与所述第二管网连通；所述蓄水箱通过回水干管与所述第一管网连通；所述供水干管上设有第一开关阀；所述回水干管上设有循环水泵和第二开关阀。9.根据权利要求8所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述第一开关阀的入口与所述第二开关阀的出口之间设有第一辅助管路，所述第一辅助管路上设有第三开关阀；所述第一开关阀的出口与所述第二开关阀的入口之间设有第二辅助管路，所述第二辅助管路上设有第四开关阀。10.根据权利要求8所述的主动式双层内嵌管通水木墙，其特征在于，所述蓄水箱还与生活热水管道和补水管连通。

技术总结
本申请公开了一种主动式双层内嵌管通水木墙，涉及新能源利用技术领域。夏季通过天空辐射板制冷，有效延缓室内温度升高；冬季通过太阳能热水器制热，减少墙体内与室内的温差，降低全年建筑能耗。该装置包括墙体组件、天空辐射板和太阳能集热组件；墙体组件包括外墙饰面层、夏季相变层、保温层组、冬季相变层和内墙饰面层；夏季相变层内嵌有第一管网；冬季相变层内嵌有与第一管网连通的第二管网；天空辐射板的出水口与第一管网连通，天空辐射板的进水口与第二管网连通；天空辐射板能够对进入其内的水进行降温；太阳能集热组件的出水口与第二管网连通，太阳能集热组件的进水口与第一管网连通；太阳能集热组件能够对进入其内的水进行升温。升温。升温。


技术研发人员：杨昆 刘铭轩 杜娜 李煜辉 杨紫薇 闫苹
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/22