一种相变调湿建筑外墙结构体的制作方法

本发明属于功能性建筑材料及被动式建筑节能相关领域，更具体地，涉及一种相变调湿的建筑外墙结构体。

背景技术

当今世界，能源问题成为国际社会普遍关心的问题。随着经济和社会的飞速发展，人类活动对能源的消耗与日俱增。国际能源署指出，建筑能耗占世界终端能耗总量的35％，是最大的终端用能部门。建筑节能成为减少能源利用的重要一环，为了社会的可持续发展，就需要尽可能减少建筑能耗。建筑节能的重要途径之一是采用被动式节能技术，通过非机械手段，降低建筑的整体能耗。其中，应用被动式建筑节能技术能够减少建筑对空调系统的依赖，从根本上节能。

目前，利用相变蓄能材料和调湿材料是被动式建筑节能技术中重要的方式。相变蓄能是利用物质在发生相态变化过程中进行能量的吸收和释放，实现能量的存储和转移，通过对室内显热的高吸低放平抑温度波动；调湿材料是指不需要借助任何人工能源和机械设备，依靠自身的吸放湿性能，感应所调空间空气湿度的变化，从而自动调节空气相对湿度的材料，它可借助多孔结构湿缓冲效应来调节室内空气湿度，从而影响潜热负荷。

相关研究表明，空气的温度和湿度对室内热环境具有重大影响。室内温度是表征室内热环境的主要指标，是影响人体热舒适的主要因素。根据调查研究表明，空气温度的高低直接影响人的舒适度和工作效率，适宜的温度范围有助于提高脑力劳动的工作效率，否则会导致工作效率急剧下降。空气湿度直接影响人体皮肤表面的蒸发散热，从而影响人体的舒适感。湿度过低，人体皮肤和免疫系统会受到不利影响；湿度过高，不仅影响人体的舒适感，还为室内环境中的细菌、霉菌及其他微生物创造了良好的生长繁殖条件，加剧室内微生物的污染，从而影响人体健康。相变材料和调湿材料的单独使用，可以分别调节室内的温度和相对湿度，改善室内的热环境或湿环境，同时降低建筑能耗。但具有单一性功能的材料只能够调节室内环境的某一方面，对室内整体环境的改善具有局限性。因此，结合相变材料和调湿材料的特性，制备同时具有调温和调湿功能的相变调湿材料意义重大。

现有研究表明，目前技术中大多单独研究相变材料或者调湿材料，导致所制备的墙体材料功能单一，只能单独调节室内温度或相对湿度。另一方面，关于相变调湿材料在建筑中的应用多为将相变调湿材料直接添加到墙体基体当中，或者将相变材料以微胶囊的形式与调湿材料混合，制成复合材料后与墙体材料混合，这两种方式适合于新建建筑，不适用于既有建筑的节能改造，并且微胶囊制作成本高，增加了应用成本。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种相变调湿建筑外墙结构体，其中通过综合考虑建筑外墙自身的应用特点，将不同特性的定型相变调湿材料层同时设在建筑外墙的内侧，同时对其各自的关键性能参数和工作机理、尤其是相变材料和调湿材料组分和配料比等方面进行研究和设计，与现有技术相比能够同时调节室内的温度、相对湿度，有效提升室内舒适度，显著降低整体能耗，同时具备结构紧凑、适用性强和便于制造及后期维护等特点，因而尤其适用于对现有建筑围护结构的改造。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种相变调湿建筑外墙结构体，该建筑外墙结构体从外到内依次包括墙体层、隔热层、第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层，其中，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层均包括相变材料和调湿材料，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度不同。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度为26℃-30℃，所述第二定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度为18℃-22℃。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层的相变材料的相变潜热在190kj/kg-245kj/kg的范围内。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的相变材料包括70-80重量份的石蜡、5-15重量份的高密度聚乙烯和5-20重量份的膨胀石墨；所述高密度聚乙烯的密度范围为0.941×10³-0.965×10³kg/m³；所述相变材料占所述第一定型相变调湿墙板层或所述第二定型相变调湿墙板层总重量的40％-60％。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层中的石蜡为正十八烷与48号半精炼石蜡的混合物，其中正十八烷的质量百分比为35％-45％。

优选地，所述第二定型相变调湿墙板层中的石蜡为正十八烷与正十七烷的混合物，其中正十八烷的质量百分比为30％-40％。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的调湿材料的吸/放湿率设定在5％-15％。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的调湿材料包括80-90重量份的硅藻土、10-20重量份的工业废料粉煤灰和1-2重量份的抗菌剂。

优选地，所述硅藻土粒度为150-200目；所述工业废料粉煤灰，粒度为50-100目；所述抗菌剂为负离子抗菌添加剂或纳米级二氧化钛。

优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的厚度均为20cm-30cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过在现有的墙体结构内侧设置调湿层和两种具有不同相变温度的相变材料层，将相变材料和调湿材料结合，制备得到相变调湿墙板，其能够同时调节室内的温度和相对湿度，有效提升室内舒适度；利用相变潜热，可实现削峰填谷；利用调湿功能，可替代机械调湿手段，显著降低建筑能耗；本发明定型相变调湿材料墙板的双层结构，能够保证在全年发挥调温调湿的作用；

(2)本发明提供的定型相变调湿墙板既能用于新建建筑，又能用于既有建筑的节能改造，方便安装，便于维护。所制备的板材，质量轻，方便铺设，可有效减轻墙体重量。本发明提供的定型相变调湿墙板可广泛用于办公建筑、民用建筑等建筑中。

附图说明

图1是本发明的相变调湿建筑外墙结构体的总体构造示意图。其中，

1-墙体层、2-隔热层、3-第一定型相变调湿墙板层、4-第二定型相变调湿墙板层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种相变调湿建筑外墙结构体，该建筑外墙结构体从外到内依次包括墙体层、隔热层、第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层，其中，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层均包括相变材料和调湿材料，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度不同。

墙体层和隔热层可以采用目前广泛使用的墙体层和隔热层材料。墙体层即为墙体基础结构层，隔热层为传统的墙体保温层。本发明的第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层的相变材料层用于储存或释放热量，阻隔层用于阻隔热量传递至墙体层外。现有的墙体建筑隔热层一般起到保温的作用，仅能在一年中一半的时间发挥作用。本发明提出的双层结构的相变调湿建筑外墙结构体能够有效弥补隔热层的缺陷，能够保证在全年发挥调温调湿的作用。

具体地，所述第一定型相变调湿墙板层包含相变温度为t1的相变材料，当第一定型相变调湿墙板层的温度基本等于或高于相变温度t1时，它的相变材料由固态逐步融化为液态，由此吸收热量来降低室内温度波动，同时减少供冷系统的耗能；所述第二定型相变调湿墙板层包括相变温度为t2的相变材料，该相变温度t2小于所述相变温度t1，当第二定型相变墙板层温度基本等于或高于相变温度t2时，它的相变材料由固态逐步融化为液态并将室内多余的热量吸收并储存，并当室内温度降低且导致定型相变调湿墙板的温度低于相变温度t2时，再将所储存的热量释放出来，由此减少室内温度波动，同时减少供热系统的耗能。

根据适宜动物体居住的温度范围标准，优选选择合适的相变材料，使所述第一定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度为26℃-30℃，所述第二定型相变调湿墙板层包含的相变材料的相变温度为18℃-22℃。

优选选择合适的相变材料使所述第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层的相变材料的相变潜热在190kj/kg-245kj/kg的范围内，从而起到良好的温度调节作用。

优选的方案，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的相变材料包括70-80重量份的石蜡、5-15重量份的高密度聚乙烯和5-20重量份的膨胀石墨；所述高密度聚乙烯的密度范围为0.941×10³-0.965×10³kg/m³；所述相变材料占所述第一定型相变调湿墙板层或所述第二定型相变调湿墙板层总重量的40％-60％。通过采用高密度聚乙烯(hdpe)作为载体，可以保证石蜡在相变过程中不发生泄露；为了增强相变材料的导热性能，在相变材料中添加了膨胀石墨。

进一步优选地，所述第一定型相变调湿墙板层中的石蜡为正十八烷与48号半精炼石蜡的混合物，其中正十八烷的质量百分比为35％-45％时，可得该石蜡的相变温度为26℃-30℃。所述第二定型相变调湿墙板层中的石蜡为正十八烷与正十七烷的混合物，其中正十八烷的质量百分比为30％-40％时，可得该石蜡的相变温度为18℃-22℃。

所述第一、第二定型相变调湿墙板层中均包含调湿材料，当室内空气的相对湿度高于所设定值ψ时，调湿材料的平衡含湿量急剧增加，吸收空气中的水分；当室内的相对湿度降低时，调湿材料释放水分加湿空气，阻止空气相对湿度下降，由此将室内的相对湿度控制在一定的区间。优选地，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的调湿材料的吸/放湿率设定在5％-15％。

优选地方案，所述第一定型相变调湿墙板层和所述第二定型相变调湿墙板层的调湿材料包括80-90重量份的硅藻土、10-20重量份的工业废料粉煤灰和1-2重量份的抗菌剂。通过在硅藻土中添加粉煤灰，改善调湿材料的吸/放湿性能。进一步优选地，所述硅藻土为经过酸化提纯或高温烧结后所得，细度为150-200目；所述工业废料粉煤灰，细度为50-100目；所述抗菌剂为负离子抗菌添加剂或纳米级二氧化钛。硅藻土和粉煤灰属于多孔介质，其对水分具有吸附和解吸作用，是常用的调湿材料。当环境的相对湿度大于材料的平衡湿度时，吸收空气中的水分；当环境相对湿度小于材料的平衡湿度时，材料释放水分。天然硅藻土表面覆盖有大量的炭质、黏土矿物等杂质，经酸化提纯和高温烧结后，硅藻土壳面孔道被很大程度清理，孔结构显露出来，孔体积明显增大，调湿性能增强。

本发明的外墙结构体每一层的制备均可采用常规加工成型方法，墙体层按照常规施工方法加工，隔热层、第一定型相变调湿墙板层和第二定型相变调湿墙板层均可按照各自的成分和配比混料后，按照常规工艺加工和成型得到。优选的方式，第一、第二定型相变调湿墙板层分别以块拼接的方式予以贴附在隔热层的表面，并采用膨胀螺钉紧固，间隙采用胶封；墙板层的厚度均可设置为20cm-30cm，各块的尺寸规格被设定为200mm×200mm或400mm×200mm。

以下为实施例：

图1是按照本发明所构建的相变调湿建筑外墙结构体的总体构造示意图。如图1中所示，该建筑外墙结构体从外到内依次包括墙体层1、隔热层2、第一定型相变调湿墙板层3和第二定型相变调湿墙板层4，其中通过构建这种双层定型相变调湿墙体，相应地能够在全年内配合作用共同调节室内温度和相对湿度，解决单独使用相变材料或调湿材料功能单一的问题，与现有技术相比显著提高室内舒适度和节能效果。

所述第一定型相变调湿墙板层3由相变温度为t1的相变材料和调湿材料制成。当第一定型相变调湿墙板层温度等于或高于相变温度t1时，该外定型相变调湿墙板层中的相变材料由固态转换为液态，由此吸收热量来降低室内温度，同时减少供冷系统的耗能。具体而言，该第一定型相变调湿墙板层3主要在夏季发挥作用，当第一定型相变墙板层基本等于或高于相变温度t1时，第一定型相变墙板层由固态逐步融化为液态，吸收外墙传递的热量，减少进入室内房间的热量，从而降低室内温度，减少供冷系统的耗能。当室内空气的相对湿度高于所设定值(例如，ψ＝50％-60％)时，调湿材料的平衡含湿量急剧增加，吸收空气中的水分；当室内的相对湿度降低时，调湿材料释放水分加湿空气，阻止空气相对湿度下降，由此将室内的相对湿度控制在一定的区间。

所述第二定型相变调湿墙板层4由相变温度为t2的相变材料和调湿材料制成。该相变温度t2小于所述相变温度t1，当第二定型相变调湿墙板层温度基本等于或高于相变温度t2时，该定型相变调湿墙板层中的相变材料由固态逐步融化为液态。具体而言，该定型相变调湿墙板层4主要在冬季发挥作用，当第二定型相变调湿墙板层温度基本等于或高于相变温度t2时，内层定型相变墙板层由固态逐步融化为液态，吸收室内多余的热量。当室内空气的相对湿度高于所设定值(例如，ψ＝50％-60％)时，调湿材料的平衡含湿量急剧增加，吸收空气中的水分；当室内的相对湿度降低时，调湿材料释放水分加湿空气，阻止空气相对湿度下降，由此将室内的相对湿度控制在一定的区间。

此外，由于定型相变调湿墙板的核心是相变材料和调湿材料，本发明中还结合上述构造设计对两种定型相变调湿墙板层的材料组成及配料比进一步进行了研究。按照本发明的优选实施例，所述第一、第二定型相变调湿墙板层的相变材料均包括以下组分：相变材料的构成为质量百分比为70-80％的石蜡、质量百分比为5％-15％的高密度聚乙烯、质量百分比为5％-20％的膨胀石墨；调湿材料的构成为质量百分比为80％-90％的硅藻土、质量百分比为10％-20％的工业废料粉煤灰以及质量百分比为1％-2％的抗菌剂。其中，相变材料占墙板层的质量百分比为40％-60％。第一、第二定型相变调湿墙板所含硅藻土为经过酸化提纯和高温烧结后所得，细度为150-200目；所含粉煤灰，细度为100目；所含抗菌剂为负离子抗菌添加剂或纳米级二氧化钛。

按照本发明的另一优选实施例，所述石蜡优选由低熔点的正十七烷、正十八烷和高熔点的48号半精炼石蜡复合而成，并用作关键组分的相变材料；所述硅藻土为经过酸化提纯和高温烧结后所得，并用作关键组分的调湿材料。通过采用高密度聚乙烯(hdpe)作为载体，可以保证石蜡在相变过程中不发生泄露；为了增强相变材料的导热性能，在相变材料中添加了膨胀石墨；通过在硅藻土中添加粉煤灰，改善调湿材料的吸/放湿性能。

需要指出的是，配比方式不同，可得到具有不同物性参数的材料。由于定型相变调湿墙体在工作过程中极大地应用了相变材料的潜热和调湿材料的湿缓冲性能，相变材料的关键性能参数包括相变温度、相变潜热；调湿材料的关键性能参数为吸/放湿率。按照本发明的一个优选实例，所述第一定型相变调湿墙板层的相变温度优选为26℃-30℃，所含石蜡为正十八烷与48号半精炼石蜡混合而成，正十八烷的质量百分比为35％-45％；所述第二定型相变墙板层的相变温度优选为18℃-22℃，所含石蜡为正十八烷与正十七烷混合而成，正十八烷的质量百分比为30％-40％。两类相变调湿墙体层的相变潜热的范围均为190-245kj/kg，吸/放湿率范围均为5％-15％。

综上，按照本发明可获得以下的技术优点：(1)同时调节室内温度和相对湿度，有效控制温度和相对湿度的范围，提升室内舒适度；(2)利用相变潜热，可实现削峰填谷，利用调湿功能，可替代机械调湿手段，显著降低建筑能耗；(3)所制备的板材，质量轻，方便铺设，可有效减轻墙体重量。因此，本发明专利可广泛用于办公建筑、民用建筑等建筑中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。