一种可相变储能的滚筒式建筑结构

本发明属于建筑结构设计领域，特别是一种可相变储能的滚筒式建筑结构。

背景技术：

采用相变储能材料进行建筑围护结构设计是一种常见的建筑节能方案，一般情况下都是利用相变材料的热惰性，白天吸收太阳能储存热量、晚上将热量放入室内，但这种工作模式也难免存在白天向室内散热、夜晚向室外散热的情况，而且其放热过程也很难在时间上精确控制，对于设计上可以更加灵活的微型建筑，如果能在结构上通过切换的方式及时调节储热和放热的工况，并结合通风、隔热等措施，则将可以大大提高围护结构相变储能功能的效果，有效改善微型建筑室内热环境，提高人体居住热舒适性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可相变储能的滚筒式微型建筑结构，该建筑结构设置有三层筒体结构，可通过滚筒的滚动，使围护结构在储热工况和放热工况之间进行灵活切换，白天更有效地吸收并储存太阳能，夜晚将热量尽可能放入室内，同时采用一些有利于通风、隔热的设计方法，从而提高微型建筑的节能效果和室内人员的热舒适性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种可相变储能的滚筒式微型建筑结构，其特征在于，由内侧固定筒、中间滚筒、外侧半固定筒、支架、齿轮和支杆组成；

所述内侧固定筒、中间滚筒、外侧半固定筒从内向外依次同轴套接；所述内侧固定筒、中间滚筒均为横置的圆筒状结构，所述外侧半固定筒为横置的半圆筒状结构；

所述支架固定支撑在外侧半固定筒底部；所述内侧固定筒左右端面均设有端面；所述支杆一侧穿过外侧半固定筒、中间滚筒后固连于内侧固定筒一侧端面；支杆另一侧直接与内侧固定筒另一侧端面固连，用于支撑内侧固定筒；

所述内侧固定筒以端面的横向直径为分界线，一侧端面的上半部分，以及外圆面的上半部分均涂有第一涂层；外圆面的下半部分开设有多个散热孔；内侧固定筒内的底部设置有平直的地板；另一侧端面设有固定筒保温层，固定筒保温层上安装有矩形门结构和矩形窗结构；内侧固定筒外圆面设置有两个环形滚轮槽；

所述中间滚筒的一侧设有端面，另一侧敞口；以端面的横向直径为分界线，一侧端面的上半部分，以及外圆面的上半部分均设置有相变材料层，且相变材料层外侧涂有第二涂层；该侧端面的下半部分，以及外圆面的下半部分均设置有滚筒保温层；中间滚筒的侧壁内侧上设置有两组呈环形均匀排列的滚轮，位置与内侧固定筒侧面环形滚轮槽的位置相对应；中间滚筒在侧壁外侧上均匀设置两个环形齿轮传动带与两组呈环形均匀排列的滚轮位置相对应；齿轮固定在支架上，并与环形齿轮传动带配合；

所述外侧半固定筒分为三段筒体：一侧外侧段筒体外侧端设有一半圆形挡板，内侧端敞口；中间段筒体两端均为敞口；另一侧外侧段筒体两端均为敞口；相邻两段外侧半固定筒之间的间隙为齿轮传动槽；齿轮传动槽的位置与中间滚筒侧壁外侧上的两个环形齿轮传动带的位置一致；外侧半固定筒的内表面上涂有第三涂层；

内侧固定筒的固定筒保温层，中间滚筒的敞口和外侧半固定筒两端均为敞口的外侧段筒体均在同一侧。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明通过建筑结构的设计，可使微型建筑围护结构的相变储能功能层和保温层之间进行灵活切换，使微型建筑具有一定的节能效果，并提高人员居住的热舒适性。

(2)本发明结构简单、成本低廉、施工及操作方便，因而具有较高的市场实施可能性，期望具有一定的经济效益。

附图说明

图1为内侧固定筒1正立面图。

图2为内侧固定筒1左立面图。

图3为内侧固定筒1右立面图。

图4为内侧固定筒1横剖面图。

图5为内侧固定筒1纵剖面图。

图6为中间滚筒2正立面图。

图7为中间滚筒2左立面图。

图8为中间滚筒2右立面图。

图9为中间滚筒2横剖面图。

图10为外侧半固定筒3左立面图。

图11为外侧半固定筒3横剖面图。

图12为建筑正立面图(第一工况)。

图13为建筑正立面图(第二工况)。

图14为建筑左立面图(第一工况)。

图15为建筑左立面图(第二工况)。

图16为建筑横剖面图(第一工况)。

图17为建筑横剖面图(第二工况)。

图18为建筑纵剖面图(第一工况)。

图19为建筑纵剖面图(第二工况)。

图20为建筑右立面图。

图21为图16的a处局部放大图。

图22为图16的b处局部放大图。

图23为图16的c处局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

本发明的一种可相变储能的滚筒式微型建筑结构，由内侧固定筒1、中间滚筒2、外侧半固定筒3、支架4、齿轮5和支杆6组成；

参照图1-图5所示，所述内侧固定筒1为横置的圆筒状结构，圆筒主体为轻质材料。内侧固定筒1，内侧固定筒1左右均设有端面，以端面的横向直径为分界线，左侧端面的上半部分，以及外圆面的上半部分均涂有高反射率的第一涂层1a(吸光层)。内侧固定筒1外圆面的下半部分开设有若干个散热孔1b。内侧固定筒1内的底部设置有平直的地板1c。内侧固定筒1的左端面设置有环形窗孔带1d，环形窗孔带1d上均匀开设有若干个矩形窗孔。内侧固定筒1的右端面设置有固定筒保温层1e，固定筒保温层1e上安装有矩形门结构1f、矩形窗结构1g和第一环形窗结构1h，其中矩形门结构1f包括门扇和门框，矩形窗结构1g包括窗扇和窗框，环形窗结构1h包括窗扇和窗框。内侧固定筒1外圆面设置有两个环形滚轮槽1j。内侧固定筒1右端面设置有环形凸起1k，环形凸起1k左表面也设置有一个环形滚轮槽1j。

参照图6-图9，图22-图23所示，中间滚筒2为横置的圆筒状结构。中间滚筒2的左端面设有端面，右端敞口。以端面的横向直径为分界线，左侧端面的上半部分，以及外圆面的上半部分均设置有相变材料层2a，且相变材料层2a外侧涂有高吸收率的第二涂层2b(吸光层)；左侧端面的下半部分，以及外圆面的下半部分均设置有滚筒保温层2c。中间滚筒2圆形左端面上开设有环形槽，环形槽中设置有第二环形窗结构2d，包括窗扇和窗框。中间滚筒2左端面的圆心位置开设有第一支杆孔2e。中间滚筒2的内径略大于内侧固定筒1的外径，使其可以套在内侧固定筒1的外面。中间滚筒2在侧壁外侧上均匀设置两个环形齿轮传动带2f。中间滚筒2的侧壁内侧上设置有两组呈环形均匀排列的滚轮2g。两个环形齿轮传动带(2f)与两组呈环形均匀排列的滚轮(2g)位置相对应，滚轮2g位置与内侧固定筒1侧面环形滚轮槽1j的位置相对应。中间滚筒2右端也设置有一组呈环形均匀排列的滚轮2g，与内侧固定筒1环形凸起1k左表面的环形滚轮槽1j相配合。

参照图10-图11所示，外侧半固定筒3为横置的半圆筒状结构，半圆筒主体为轻质材料。外侧半固定筒3的内径略大于中间滚筒2的外径，使外侧半固定筒3可以依次套在中间滚筒2的外面。外侧半固定筒3分为三段，相邻两段外侧半固定筒3之间的间隙为齿轮传动槽3d。齿轮传动槽3d的位置与中间滚筒2侧壁外侧上的两个环形齿轮传动带2f的位置一致。半圆筒的内表面上涂有高反射率的第三涂层3a(吸光层)。所述外侧半固定筒(3)分为三段筒体：一侧外侧段筒体外侧端设有一半圆形挡板，内侧端敞口；中间段筒体两端均为敞口；另一侧外侧段筒体两端均为敞口；，最左端外侧半固定筒3的左端面设置有半圆形挡板3b，半圆形挡板3b的圆心位置开设有第二支杆孔3c。

参照图12-图20所示，支架4安装于地面，优选的，支架4主体结构包括三排柱子和若干横梁，横梁用于对柱子的承重性能进行加强。支架4位于外侧半固定筒3下侧，与外侧半固定筒3固连并连接齿轮5，以支撑外侧半固定筒3和齿轮5。

参照图12-图13、图16-图17和图21所示，齿轮5为两组，对称安装于外侧半固定筒3底部两个齿轮传动槽3d的中间，与环形齿轮传动带2f啮合连接，可通过电动或手动方式，带动中间滚筒2的旋转。

参照图12-图20所示，支杆6包括第一支杆6a和第二支杆6b。第一支杆6a分别穿过第一支杆孔2e和第二支杆孔3c，与内侧固定筒1左端面的圆心位置固连。第二支杆6b与内侧固定筒1右端面的固定筒保温层1e的圆心位置固连。第一支杆6a和第二支杆6b的另一端均与地面固连，以支撑内侧固定筒1。

圆筒主体轻质材料高强性铝合金(设有相变材料层筒壁)、轻钢材料(龙骨)、胶合木材料(设有保温层筒壁)等。

参照图12-图19所示，本建筑结构可通过齿轮5的传动带动中间滚筒2旋转，并使中间滚筒2的三组滚轮2g在内侧固定筒1的滚轮槽1j中滚动，从而增加中间滚筒2旋转时的稳定性并减小摩擦。根据使用者的需要，本建筑结构可形成两种工作状态：

工作状态一(储热状态)：在有日照的白天，使相变材料层2a位于中间滚筒2上侧，滚筒保温层2c位于中间滚筒2下侧。此时太阳辐射能直接照射到相变材料层2a外侧具有高吸收率的第二涂层2b之上，热量被吸收，并被相变材料储存。内侧固定筒1上的第一涂层1a可对相变材料层2a向室内方向的辐射传热进行反射，减小室内的得热量。滚筒保温层2c可对建筑进行保温。

工作状态二(放热状态)：在无日照的白天或者夜晚，使滚筒保温层2b位于中间滚筒2侧面和左端面的上半部分，相变材料层2a位于圆筒侧面和左端面的下半部分。此时相变材料层2a中储存的热量穿过内侧固定筒1下半部的散热孔1b，自下而上向室内方向释放，对室内空气进行加热，更有利于满足人体的热舒适性要求。外侧半固定筒3上的第三涂层3a可对相变材料层2a向室外方向的辐射传热进行反射，减小向室外的散热量。