专利名称：光伏相变蓄热节能墙体系统的制作方法
技术领域：
本技术涉及太阳能光伏电池组件在建筑上安装后的光电效率以及光伏板背面的热利用问题，具体是设计一种通用型的光伏相变蓄热节能墙体系统，通过简单易行的相变蓄热材料和传统建筑材料的结合，以及可调百叶和风机的共同作用，控制光伏电池组件背面的温度，提高建筑光伏发电效率。同时根据不同季节的气候，通过百叶和风机控制相变蓄热墙体是否吸收和放出热量，调整室内热舒适度。
背景技术：
使用相变材料的首次尝试可以追溯到20世纪40年代有关被动式太阳能收集器的开发和建造。暂时存储过剩的热能，然后将热能释放给室内。这项任务需要材料具有高度的导纳能力(即能量存储容量)。在基本构造中可以使用具有蓄热容量特别高的材料增加有 效的热能聚集。由于通常建筑材料导纳能力较低，因此它们的效率也较低。在使用热存储方式时，如果不能改变物理状态而又要获得极大的热量，那就需要特别重、表面积巨大的装置。在这方面相变材料极有希望成为这种新型材料，因为这种材料可以在相对较小的温度范围内，存储较大的热量，同时重量很轻。相变材料应用于建筑材料的研究始于1982年，20世纪90年代以相变材料处理建筑材料(如石膏板、墙板与混凝土构件等)的技术开始发展起来。随后，相变材料在混凝土试块、石膏墙板等建筑材料中研究和应用。1999年，国外又在墙板或轻型混凝土预制板、地板中使用相变材料，可以保持室内适宜的温度。国内对相变建筑材料的研究起步较晚，近两年，北京广域相变科技有限公司与国内几家顶尖的研究机构合作研究相变材料的高效结合，共同研制相变材料微胶囊，将相变材料做成微胶囊再与建筑材料掺混，为相变材料在建筑保温材料中的应用开拓了更广阔的天地。但是，相变材料微胶囊在建材方面仍存在一些问题，比如热导率低，稳定性不好，寿命短，与建筑材料不容易相容，可塑性差等。与此同时,光伏建筑一直困扰于光伏电池板背面温度过高而导致发电效率下降的问题。温度对晶体硅PV组件和光伏阵列在发电效率和寿命方面的影响是众所周知的。大多数PV阵列的光电转换效率在很大程度上受温度的影响，随着工作环境温度的升高，其效率会大大降低；同时PV的寿命也会缩短。本技术针对相变材料、轻质建筑结构以及光伏建筑面临的效率和寿命问题，设计了一种光伏相变蓄热节能墙体系统，对太阳能高效利用和节能减排具有实用价值和创新意义。
发明内容本技术的目的在于提供一种光伏相变蓄热节能墙体系统，该系统采用模数制，构造简单，可实现自行冷却，对热回收利用，并提高光电转化效率。本光伏相变蓄热节能墙体系统，包括光伏电池组件I、第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8、风机9、可调遮热百叶10和相变蓄热节能墙板模块12 ;可调遮热百叶10安装在光伏电池组件I和相变蓄热节能墙板模块12之间的空腔11处，引导空腔11内的空气流动的风机9安装在空腔11内或靠近空腔11 口处；第一可调风口百叶5在光伏相变蓄热节能墙体的外侧的上部，第二可调风口百叶6在墙体内侧的上部，第三可调风口百叶7在光伏相变蓄热节能墙体的外侧下部，第四可调风口百叶8在光伏相变蓄热节能墙体的内侧下部。所述光伏电池组件形式不限，光伏电池组件与相变蓄热节能墙之间的连接构造根据光伏电池组件的具体形式(如有边框、无边框或薄膜等)而定，因此具有一定的灵活性。所述可调遮热百叶位于光伏电池组件和相变蓄热节能墙板模块之间的空腔处，可调遮热百叶的叶片可以成任意角度旋转，遮挡热辐射，控制不同季节下相变蓄热节能墙板模块是否吸收或释放热量。所述可调风口百叶根据不同的气候条件，控制各个可调风口百叶的开和关及其相应的程度，从而控制光伏相变蓄热节能墙体系统的工作状态。所述风机位于光伏电池组件和相变蓄热节能墙板模块之间的空腔内或者上述空腔上方或下方，主要引导空腔内的空气流动。·[0010]所述相变蓄热节能墙体系统，针对冬季(夏季)白天有太阳和没有太阳以及冬季(夏季)夜间几个不同的气候条件，有相应的工作状态，能减少室内冷/热负荷，提高光伏发电效率，具体工作状态如下对于冬季白天有太阳的时候，第一可调风口百叶5和第四可调风口百叶8关闭，第二可调风口百叶6和第三可调风口百叶7打开，可调遮热百叶10打开。室外新鲜冷空气从第三可调风口百叶7进入，经空腔11加热后从第二可调风口百叶6进入室内。打开可调遮热百叶10，相变蓄热墙体开始吸收太阳辐射热量并蓄能。对于冬季夜晚或冬季白天没有太阳的时候，第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8均关闭，可调遮热百叶10关闭，减少蓄热墙体向外福射的热损失。对于夏季白天有太阳的时候，第一可调风口百叶5和第三可调风口百叶7打开，第二可调风口百叶6和第四可调风口百叶8均关闭，可调遮热百叶10关闭，风机9打开，可降低光伏电池板的温度并减少室内冷负荷。对于夏季夜晚或夏季白天没有太阳且室外比室内凉爽的时候，第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8均打开，可调遮热百叶10打开，即可实现自然通风来调节室内环境。对于夏季夜晚或夏季白天没有太阳且室外比室内热的时候，第二可调风口百叶6关闭，第一可调风口百叶5、第三可调风口百叶7和第四可调风口百叶8打开，可调遮热百叶10关闭，风机9打开，以实现机械通风降温。因此，本技术的有益效果与现有技术相比，本技术不但设计简单、方便、灵活，安装成本低，而且可以利用光伏电池组件背面的热量，并提高建筑光伏发电效率，在推广太阳能光伏建筑应用方面具有较大意义，能进一步推进建筑节能的创新应用。上述的光伏相变蓄热节能墙体系统，风机9安装在可调遮热百叶10的上方。上述的光伏相变蓄热节能墙体系统，所述相变蓄热节能墙板模块12包括预制钢筋混凝土空心墙板18、密封在预制钢筋混凝土空心墙板18的空心部分内的建筑用相变材料3。所述相变蓄热节能墙板模块12还包括位于预制钢筋混凝土空心墙板18内侧的内保温层4，和包括固定在预制钢筋混凝土空心墙板18上预埋连接件。建筑用相变材料3为石蜡、聚氧乙烯、结晶性脂方酸、烷烃、酯类及其混合物，其相变温度为23 26°C。室温变化超出这一范围时，相变材料便会熔化或凝固来吸收或放出热量。所述相变蓄热节能墙板模块中的建筑用相变材料成一定形状密封在钢筋混凝土的空心部分中，具体形式是将钢筋混凝土墙板预制成空心状，空心部分的形状可以是矩形、正方形、梯形、多边形、椭圆或圆形等形状，最大尺寸可控制在20-30_范围内，并成一定序列排列。同时，在预制钢筋混凝土空心墙板内预埋3个连接件，共同组成相变蓄热节能墙板模块。所述相变蓄热节能墙体模块化设计，应用合适的模数，由统一的预制模块组合而成，便于实现工业化生产。对于自然通风房间占绝对主导的房间，无内保温层，直接抹灰，效果会更加好。上述的光伏相变蓄热节能墙体系统，进入第三可调风口百叶7的风是凉风，如地道风或水面风等。上述的光伏相变蓄热节能墙体系统，可调遮热百叶10上涂有高反射率材料。
图I为光伏相变蓄热节能墙体系统的剖面示意图；图2为本技术中相变蓄热节能墙板模块第一种结构示意图；图3为本技术中相变蓄热节能墙板模块第二种结构示意图；图4为本技术中相变蓄热节能墙板模块第三种结构示意图；图5为相变蓄热节能墙板模块的组装示意图；图6光伏相变畜热节能墙体系统的不意图。
具体实施方式
以下结合附图对本技术做进一步描述如图I所示，光伏相变蓄热节能墙体系统，包括光伏电池组件I、第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8、风机9、可调遮热百叶10和相变蓄热节能墙板模块12。所述光伏电池组件I形式不限，光伏电池组件I与相变蓄热节能墙2之间的连接构造根据光伏电池组件I的具体形式(如有边框、无边框或薄膜等)而定，因此具有一定的灵活性。所述光伏相变蓄热节能墙2由相变蓄热节能墙板模块12组装而成。所述光伏电池组件I与相变蓄热节能墙体结合，在第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8、风机9和可调遮热百叶10的共同控制下，实现光伏/热收集建筑一体化。相变蓄热节能墙体系统针对冬季(夏季)白天有太阳和没有太阳以及冬季(夏季)夜间几个不同的气候条件，有相应的工作状态，能减少室内冷/热负荷，提高光伏发电效率。以冬季白天有太阳的时候为例(如图I所示)，节能墙体系统处于第一可调风口百叶5和第四可调风口百叶8关闭，第二可调风口百叶6和第三可调风口百叶7打开，可调遮热百叶10打开的工作状态。此时，室外新鲜冷空气从第三可调风口百叶7进入，经空腔11加热后从第二可调风口百叶6进入室内。同时保证光伏电池组件I背面的温度不至于过高，提高光伏发电效率。打开可调遮热百叶10，相变蓄热墙体开始吸收太阳辐射热量并蓄能。[0030]如图2-4所示，相变蓄热节能墙板模块12由预制钢筋混凝土空心墙板18、建筑用相变材料3和预埋连接件13-15共同组成。预制钢筋混凝土空心墙板18的空心腔体的形状可以是矩形、正方形、梯形、多边形、椭圆或圆形等形状(如图2-4所示)，并成一定序列排列。建筑用相变材料3密封在预制钢筋混凝土空心墙板18的空心腔体内部。同时，预制钢筋混凝土空心墙板18还预埋了连接件13-15，与建筑用相变材料3 —起组成了相变蓄热节能墙板模块12。相变蓄热节能墙体采用模数化设计，应用合适的模数，由统一的预制模块组合而成，便于实现工业化生产。如图5所示，相变蓄热节能墙板模块12之间经过连接件13-15和连接件16的组合连接，形成一个墙体框架体系，相邻模块之间填充保温材料17，保证墙体热工性能。如图6所示，可调遮热百叶10安装在光伏电池组件I和相变蓄热节能墙板模块12之间的空腔11处，并保证空腔11有一定的空气流通空间。可调遮热百叶10上涂有高反射率材料，可根据实际需要调节角度，控制热辐射对相变蓄热节能墙板模块12的影响。安装步骤第一步，根据各地气候条件(主要是日较差和年较差)，计算出外围护结构所需要的热容量，由此确定相变材料的种类和数量，并将其密封在钢筋混凝土空心板的空腔内。第二步，安装墙体框架。对于1-3层的低层建筑，由于本技术具有一定的承重能力，因此无需设计承重结构，光伏相变蓄热节能墙2可充当承重墙使用。组装相变蓄热节能墙板模块12，模块与模块之间填充保温材料17。对于有承重结构的4-7层的多层和高层建筑，如果墙体需要和承重结构相连，光伏相变蓄热节能墙体可充当外围护结构使用，且墙体具有较强的抗弯和抗压能力。墙体框架安装在承重结构之间，模块12之间的连接方式同上。第三步，安装可调遮热百叶10。将可调遮热百叶10安装在各个相变蓄热节能墙板模块12之间，如图4所示。第四步，安装风机9。将风机9安装在可调遮热百叶10的上方，即光伏电池组件I和相变蓄热节能墙板模块12之间的空腔的上方，如图I所示。第五步，调试。检查光伏相变蓄热节能墙体系统的运行是否正常，主要包括可调遮热百叶10、风机9的控制。若不能正常运行，则需查明原因，解决问题后再进行下一步的安装。第六步，安装光伏电池组件I。调试正常后，即可安装光伏电池组件I。如图6所示，将光伏电池组件I安装在墙体的最外侧。第七步，安装第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8。第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8的安装位置如图I所示，第一可调风口百叶5在光伏相变蓄热节能墙体的外侧的上部，第二可调风口百叶6在墙体内侧的上部，第三可调风口百叶7在光伏相变蓄热节能墙体的外侧下部，第四可调风口百叶8在光伏相变蓄热节能墙体的内侧下部。第八步，安装内墙保温和饰面4。内墙保温起到阻断传热的作用，饰面4的安装起到保护和美化光伏相变蓄热节能墙体系统内墙面的作用。如图I所示，因此内墙饰面的安装具有较大的灵活性，可根据实际情况和用户需要而定。本技术的优势如下I、光伏电池组件I的优点光伏电池组件I形式不受墙体结构的约束，安装具有可变性和灵活性。2、相变蓄热节能墙板模块12的优点相变蓄热节能墙板采用预制钢筋混凝土空心墙板18和建筑用相变材料3结合的方式，将钢筋混凝土的力学及导热性能与相变材料的热工性能发挥地淋漓尽致。相变蓄热节能墙板不但具有一般保温墙体所具有的保温性能、力学性能，而且与光伏电池组件I结合形成了光伏相变蓄热节能墙体，实现了光伏建筑一体化的构想。3、光伏相变蓄热节能墙体系统的优点光伏相变蓄热节能墙体系统不但降低了光伏电池组件I背面的温度，提高了建筑光伏发电的效率，还对太阳辐射热和光伏电池组件I产生的热量进行了利用。整个系统在可调遮热百叶10、风机9和第一可调风口百叶5、第二可调风口百叶6、第三可调风口百叶7、第四可调风口百叶8的协调控制下，能调节室内热舒适度和空气质量，大大降低了室内的冷负荷和热负荷，起到节能环保的作用。光伏相变蓄热节能墙体系统的各个组成部分均可采用工厂预制、成批生产的方式。尤其是相变蓄热节能墙板模块12和光伏电池组件I采用模数制，可实现工业化生产，便于施工。本技术提供的光伏相变蓄热节能墙体系统，包括光伏电池组件、可调遮热百叶、风机、可调风口百叶和相变蓄热节能墙板模块。所述可调遮热百叶位于光伏电池组件和相变 蓄热节能墙体之间的空腔处，百叶片可以成任意角度旋转，遮挡太阳热辐射或释放相变蓄热节能墙板的热辐射。所述风机主要引导空腔内的空气流动。所述相变蓄热节能墙体由预制钢筋混凝土空心墙板、建筑用相变材料和预埋连接件共同组成。在本技术中用到的光伏电池组件形式不受约束，光伏电池组件与相变蓄热节能墙板之间的连接构造根据光伏电池组件的具体形式(如有边框、无边框或薄膜等)而定，因此具有一定的灵活性。本光伏蓄热节能墙体系统，将相变蓄热材料与传统建筑材料巧妙结合，与光伏电池组件共同组成节能墙体系统，在可调遮热百叶、风机以及上下4个可调风口百叶的共同控制下，实现光伏电池组件的高效发电和冬暖夏凉的室内舒适环境。本技术构造简单，安装和拆卸灵活、方便，在提高光伏发电效率的同时，还能利用光伏电池组件背面的热量，大大改善了室内热湿环境的质量综上所述，本光伏相变蓄热节能墙体系统在设计上，具有构造简单，采用模数制标准化设计，可实现工业化生产；在施工上，具有预制装配式施工方式的快速、灵活，安装成本低等优点；在性能上，可以利用太阳热辐射和光伏电池组件I背面的热量，提高了建筑光伏发电效率，改善了室内热舒适度和空气品质；在太阳能光伏建筑应用推广方面具有较大意义，能进一步推进建筑节能的创新应用。
权利要求1.光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，包括光伏电池组件(I)、第一可调风口百叶(5)、第二可调风口百叶(6)、第三可调风口百叶(7)、第四可调风口百叶(8)、风机(9)、可调遮热百叶(10)和相变蓄热节能墙板模块(12);可调遮热百叶(10)安装在光伏电池组件(I)和相变蓄热节能墙板模块(12)之间的空腔(11)处，引导空腔(11)内的空气流动的风机(9 )安装在空腔(11)内或靠近空腔(11) 口处；第一可调风口百叶(5 )在光伏相变蓄热节能墙体的外侧的上部，第二可调风口百叶(6)在墙体内侧的上部，第三可调风口百叶(7)在光伏相变蓄热节能墙体的外侧下部，第四可调风口百叶(8)在光伏相变蓄热节能墙体的内侧下部。
2.根据权利要求I所述的光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，风机(9)安装在可调遮热百叶(10)的上方。
3.根据权利要求I所述的光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，所述相变蓄热节能墙板模块(12)包括预制钢筋混凝土空心墙板(18)、密封在预制钢筋混凝土空心墙板(18)的空心部分内的建筑用相变材料(3)。
4.根据权利要求3所述的光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，所述相变蓄热节能墙板模块(12)还包括位于预制钢筋混凝土空心墙板(18)内侧的内保温层(4)。
5.根据权利要求3所述的光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，所述相变蓄热节能墙板模块(12)还包括固定在预制钢筋混凝土空心墙板(18)上预埋连接件(13、14、15、16)。
6.根据权利要求I所述的光伏相变蓄热节能墙体系统，其特征在于，可调遮热百叶(10)上涂有高反射率材料。
专利摘要本技术提供一种光伏相变蓄热节能墙体系统，该系统采用模数制，构造简单，可实现自行冷却，对热回收利用，并提高光电转化效率。它包括光伏电池组件(1)、第一可调风口百叶(5)、第二可调风口百叶(6)、第三可调风口百叶(7)、第四可调风口百叶(8)、风机(9)、可调遮热百叶(10)和相变蓄热节能墙板模块(12)；可调遮热百叶(10)安装在光伏电池组件(1)和相变蓄热节能墙板模块(12)之间的空腔(11)处，引导空腔(11)内的空气流动的风机(9)安装在空腔(11)内或靠近空腔(11)口处；第一可调风口百叶(5)在光伏相变蓄热节能墙体的外侧的上部，第二可调风口百叶(6)在墙体内侧的上部，第三可调风口百叶(7)在光伏相变蓄热节能墙体的外侧下部，第四可调风口百叶(8)在光伏相变蓄热节能墙体的内侧下部。
文档编号E04D13/18GK202577652SQ201120549698
公开日2012年12月5日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者彭昌海, 黄莹 申请人:东南大学