本发明涉及建筑墙板领域,具体涉及一种强化换热型可加热相变蓄能墙板。
背景技术:
1、当前,我国北方地区清洁取暖比例低,由于冬季取暖而造成煤炭使用量大,大气污染物排放量也随之增大。在北方城乡结合部、农村等地区大多数仍为分散供暖,大量使用柴灶、火炕、炉子或土暖气等供暖,少部分采用天然气、电、可再生能源供暖。为推动清洁供暖改革,《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》明确指出应因地制宜发展电供暖,重点利用低谷时期的富余风电,鼓励建立具有蓄热功能的电供暖设施,促进风电和光伏发电等可再生能源电力消纳。
2、墙板是建筑维护结构的重要组成部分,目前许多研究通过在加热墙板内部添加相变蓄能材料充分挖掘墙板的蓄能潜力,从而实现能源的合理利用。目前加热墙板把研究重点放在储能和蓄热方面,却忽略了该类墙板在用户使用过程中的散热方式单一并且散热速率也相对较慢。
3、现有专利cn217500681u公开了“一种含相变材料的新型复合墙板”,其在墙板中设置内部填充相变蓄能材料的材料槽,在保证结构稳定的同时提高墙板的蓄能潜力;现有专利cn111533500a公开了“一种装配式建筑轻质蓄能保温墙板的制备方法”,通过在原制作材料中填充相变蓄能调温材料改进蓄能保温墙板的制作方法;现有专利cn109868915a中公开了“一种发热蓄能板和供暖相变装饰板”,提出在墙板基板上设置孔口并安装相变单元,相变单元一端靠近电热膜层以吸收电热膜层放出的热量。
4、上述墙板结构均通过在墙板内部填充相变材料提高墙板的蓄能潜力,却忽略了相变材料导热性差及墙板散热方式单一且散热速率慢等问题。在实际使用过程中,当室内热量需求较大,普通蓄能墙板仅能通过热辐射这种散热方式将储存的热量转移至室内,散热速率慢,无法将热量快速释放到房间中及时对室温进行调节,满足用户的热舒适需求。
5、现有专利cn106930491a公开了“一种发热蓄能板和供暖相变装饰板”,提出模块化相变蓄能装饰墙系统,将相变材料直接内置于模块化的墙板内,同时将空气通道和水流通道布置于相变材料中,利用空气和水对流换热、相变材料板和室内辐射换热来调节室内温度。该专利虽然在一定程度上改变了传统蓄能墙板的换热方式,通过对流换热提高墙板的散热速率。但利用墙体内通风管道进行散热时需要大功率风机提供动力,耗电量较大,在提高墙板散热速率的同时也增加了能量的消耗。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术中利用墙体内通风管道进行散热时需要大功率风机提供动力,耗电量较大,在提高墙板放热速率的同时也增加了能量的消耗的问题,提出一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,所述墙板包括:
2、墙板基础单元,相变蓄能夹层,电加热单元,金属面饰层,强化换热单元;
3、所述墙板基础单元内设有相变蓄能夹层,所述相变蓄能夹层外部设有电加热单元,所述金属面饰层覆盖在电加热单元上;所述墙板顶部设有风道,所述强化换热单元设置在相变蓄能夹层和风道中。
4、进一步的,还提出一种优选方式,所述墙板基础单元为由竹木纤维板、砂浆和石膏中任意一种或三种材料的任意组合构成。
5、进一步的,还提出一种优选方式,所述相变蓄能夹层由相变温度在20-28℃之间的有机相变材料制成。
6、进一步的,还提出一种优选方式,所述电加热单元包括石墨烯变频电加热膜a和石墨烯变频电加热膜b,所述石墨烯变频电加热膜a设置在相变蓄能夹层内侧,所述石墨烯变频电加热膜b设置在相变蓄能夹层外侧。
7、进一步的,还提出一种优选方式,所述石墨烯变频电加热膜b外部设有反射膜层和绝缘层,所述反射膜层为采用锡箔或铝箔,所述绝缘层采用保温棉或薄挤塑板。
8、进一步的,还提出一种优选方式,所述强化换热单元包括热管、风机和百叶结构,所述热管的蒸发段设置在相变蓄能夹层中,所述热管的冷凝段、风机和百叶结构设置在风道中,所述百叶结构用于对强化换热单元中风管出口的风量和风速进行调节。
9、进一步的,还提出一种优选方式,所述蓄能墙板还包括启停控制装置和温度传感器,所述启停控制装置安装在墙板底部,所述温度传感器布置于室内空间和相变蓄能夹层中,用于检测室内空气和相变蓄能夹层内温度的变化。
10、进一步的,还提出一种优选方式,所述风道为长槽结构。
11、基于同一发明构思,本发明还提出一种强化换热型可加热相变蓄能墙板换热方法,所述方法包括:
12、温度传感器获取室内温度传输至启停控制装置,启停控制装置判断室内温度所处区间,当室内温度小于18℃时,根据依据用电时段调整电加热单元、风机及热量释放方式;当室内温度高于18℃时,根据室内温度和相变蓄能夹层温度调整电加热单元的工作状态,确保室内温度保持在舒适范围。
13、进一步的,还提出一种优选方式,所述当室内温度小于18℃时,根据依据用电时段调整电加热单元、风机及热量释放方式,包括:
14、当用电时段处于非低谷电价时,关闭电加热单元,开启风机,通过墙板内的强化换热单元将相变蓄能夹层的热量快速释放到室内;当用电时段处于低谷电价时,关闭风机,开启石墨烯变频电加热膜a和石墨烯变频电加热膜b,石墨烯变频电加热膜a以辐射换热的形式增加室温,同时,石墨烯变频电加热膜a和石墨烯变频电加热膜b将产生的多余热量储存在相变蓄能夹层中。
15、本发明的有益之处在于:
16、相对于现有专利cn106930491a公开了的一种发热蓄能板,本发明对蓄热墙板的换热性能进行改进和提升,该墙板在蓄能材料内部安装热管这一强化换热结构,热管具有超强导热性和良好的等温性能,换热效率极高。将热管结构与风机相结合,风机安装在墙板顶部并仅通过改变墙板顶部风道内的空气流动速率提高墙板的换热速率。相比于现有发热蓄能板,本发明中风道大幅度缩短,在相同动力风机作用下,风道越短,阻力越小,风速越快,风量也越大,换热速率也同样越高。在散热过程中需要更少的动能就能达到相同的换热速率,可以大幅度降低耗电量。
17、本发明提供了一种强化换热型可加热相变蓄能墙板。与普通发热墙板相比,本发明利用热管和风机提高墙板内蓄能材料的换热速率,具有较强的蓄热性和较高的放热速率,仅依靠较少的动能就能实现墙板的迅速释热,从而实现热能的灵活储存和释放,快速对室内热环境的调节。从能量转移和转化的角度,它可以通过温控系统将低谷时期的富余风电转化为热能在蓄能层中进行存储,在其余时段将存储的热能快速释放到室内,维持室内热环境稳定,提高采暖效率。因此,该发明不仅可以降低非用电低谷时段对电能的需求,还能促进对风电等可再生能源的消纳和利用。
18、本发明应用于电供暖领域。
1.一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述墙板包括:
2.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述墙板基础单元(1)为由竹木纤维板、砂浆和石膏中任意一种或三种材料的任意组合构成。
3.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述相变蓄能夹层(2)由相变温度在20-28℃之间的有机相变材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述电加热单元(3)包括石墨烯变频电加热膜a(31)和石墨烯变频电加热膜b(32),所述石墨烯变频电加热膜a(31)设置在相变蓄能夹层(2)内侧,所述石墨烯变频电加热膜b(32)设置在相变蓄能夹层(2)外侧。
5.根据权利要求4所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述石墨烯变频电加热膜b(32)外部设有反射膜层(33)和绝缘层(34),所述反射膜层为采用锡箔或铝箔,所述绝缘层采用保温棉或薄挤塑板。
6.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述强化换热单元(5)包括热管(51)、风机(52)和百叶结构(6),所述热管(51)的蒸发段设置在相变蓄能夹层(2)中,所述热管(51)的冷凝段、风机(52)和百叶结构(6)设置在风道中,所述百叶结构(6)用于对强化换热单元(5)中风管出口的风量和风速进行调节。
7.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述蓄能墙板还包括启停控制装置(7)和温度传感器,所述启停控制装置(7)安装在墙板底部,所述温度传感器布置于室内空间和相变蓄能夹层(2)中,用于检测室内空气和相变蓄能夹层(2)内温度的变化。
8.根据权利要求1所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板,其特征在于,所述风道为长槽结构。
9.一种强化换热型可加热相变蓄能墙板换热方法,其特征在于,所述方法包括:
10.根据权利要求9所述的一种强化换热型可加热相变蓄能墙板换热方法,其特征在于,所述当室内温度小于18℃时,根据依据用电时段调整电加热单元(3)、风机及热量释放方式,包括:
