CN114576865B 有效 一种蓄热节能瓦片
技术领域 [0001]本发明涉及太阳能利用技术领域,具体涉及一种蓄热节能瓦片。 背景技术 [0002]2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿吨标准煤当量,占全国能源消费总量比重为46.5%。2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨CO2,占全国碳排放的比重为51.3%。建筑能耗其中而在建筑能耗中,空调能耗又占有主要比例,约为2/3。其中建筑屋顶作为建筑的“第五立面”,随着城市化的不断发展,建筑屋顶的面积也随着建筑面积的增长而增加。城市中建筑屋顶的面积占城市总面积约25%,同时屋顶又是建筑接受太阳辐射最强烈最直接的部分,充分利用建筑屋顶资源,实现各种节能技术的适当应用,可在一定程度上减少城市能耗。 [0003]关于新型节能屋面,目前已有绿化屋面、蓄水屋面、通风屋面、高反射屋面等技术。这些针对的是整个屋面系统。当前关于节能瓦片有在外表面涂抹高反射隔热涂料、有设置中空结构、利用蓄水蒸发等等节能措施。也有部分在瓦片中设置水夹层,利用太阳能热水进行利用的技术,例如CN201220248178.4公开的一种太阳能热水管结合屋面瓦,以及CN201010147016.7公开的太阳能热水瓦,可供家庭生活用热水。但这些技术,均是简单地在瓦片中设置水夹层,利用太阳光照和水夹层直接换热,故光照较强的地区,白天光照强烈时段仍然会有大量热量透过瓦片往屋内辐射,增加屋内空调能耗,热屏蔽效果较差。同时这种常规蓄水瓦片的储热性能较差,白天太阳光照高峰期是家庭用水较少时间,到晚上家庭用水高峰期则水温不够,故整体光照热利用效率较低。 发明内容 [0004]针对上述现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种能够具有更好地热屏蔽效果和太阳光照热利用效率的蓄热节能瓦片。 [0005]为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案: [0006]一种蓄热节能瓦片,包括瓦片本体,瓦片本体在宽度方向上呈弧形,水平面投影方向上呈矩形,瓦片本体内具有热水腔,其特征在于,瓦片本体在厚度方向上从下到上依次设置有支撑结构层、保温材料层、蓄热热水层和表面层,热水腔位于蓄热热水层内。 [0007]这样,支撑结构层提供瓦片强度基础,蓄热热水层用于储蓄热水和太阳光照交换热量,为家庭生活用水提供热水,设置的保温材料层可以有效地隔断热量往下向屋内传递,故可以起到更好地热屏蔽效果。 [0008]进一步地,表面层包括一层防水材料层。 [0009]这样,可以更好地防水。 [0010]进一步地,表面层还包括位于防水材料层上的吸热材料涂层。 [0011]这样可以更好地吸收利用太阳光照能量。 [0012]进一步地,支撑结构层采用金属材料制得。 [0013]这样可以更好地提高支撑强度。 [0014]进一步地,保温材料层采用陶瓷纤维纸材料制得。具有更好的保温隔热效果。 [0015]进一步地,瓦片本体宽度方向的两侧边缘设置有卡接头。 [0016]这样,卡接头可以用于和瓦片连接构件连接,瓦片连接构件用于形成屋顶相邻瓦片之间的凹槽部分位置结构。方便屋顶结构的整体连接成形。具体实施时,连接位置可以做防水处理,例如涂刷防水胶或铺设防水卷材。 [0017]进一步地,瓦片长度方向的一端上表面形成有搭接凹槽,另一端上部边缘整体向外延伸形成有搭接凸起,搭接凸起能够和搭接凹槽配合形成搭接。 [0018]这样,方便瓦片沿长度方向逐一搭接安装铺设。 [0019]进一步地,瓦片长度方向的一端端面具有和热水腔连通的水管接头,另一端端面具有和热水腔连通的水管接口,水管接头能够和水管接口插接配合。 [0020]这样,方便瓦片沿长度方向逐一搭接安装铺设过程中,完成热水腔的整体连通,具体安装时,可以依靠密封圈或者涂刷密封胶等方式包装水管接头的密封固定。 [0021]进一步地,蓄热热水层内还设置有蓄热材料封装形成的蓄热模块。 [0022]这样蓄热材料能够在白天太阳强烈时蓄热,在夜晚释放热量,持续对热水腔内水供热,提高对太阳热量的利用效率。蓄热材料可以采用相变蓄热材料或者热化学吸附蓄热材料实现。 [0023]进一步地,蓄热热水层中,热水腔位于瓦片本体中部位置,瓦片本体宽度方向的两端的至少上侧各设置有一片蓄热模块,在蓄热模块内侧周边的区域空间和热水腔周边区域空间连通并封装相变流体材料形成热管结构,蓄热模块内侧周边的区域空间构成热管的蒸发段,热水腔周边区域空间构成热管的冷凝段。 [0024]这样,在夜晚时间,蓄热模块内蓄热材料放热,使得蒸发段内的相变流体材料受热蒸发,变为气态并上升进入到冷凝段冷凝放热,为热水腔持续地提供热量。相变流体材料在冷凝段冷凝后回流至蒸发段,循环往复,更好地在夜间利用蓄热模块积蓄热量为用户提供热水。 [0025]进一步地,热管结构的蒸发段和冷凝段内的边壁上均设置有吸液芯。 [0026]这样有利于相变流体材料回流。 [0027]进一步地,每片蓄热模块的外侧为平面形状,对内一侧设置有若干外凸的凸台,蓄热材料位于凸台内,凸台外侧的相邻空间形成热管的蒸发段。 [0028]这样,可以更好地增加换热面积,更加有利于提高蓄热模块和蒸发段之间的换热效率。 [0029]进一步地,蓄热材料为以结晶水合物为主料的热化学吸附蓄热材料。 [0030]这样,结晶水合物类的热化学吸附蓄热材料是依靠材料得失结晶水的热化学变化储蓄和释放热量,通常吸放热能力大于相变蓄热材料,能够更好地蓄热放热,提高热利用效率,同时其反应过程温和,易于控制,稳定性好。 [0031]进一步地,蓄热材料以质量比例95份左右的水合碳酸钾和5份左右的膨胀石墨,以及4份左右的OP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)混合制得。 [0032]这样主料水合碳酸钾通过得失结晶水进行放热和吸热,稳定性好且储热效率高。膨胀石墨作为辅料可以利用其多孔特性,不仅仅作为主料骨架以保持材料结构稳定,而且还可以作为水分子传质通道,让主料更加均匀、高效地发生水合反应并避免局部的碳酸钾过量结合水而产生潮解。少量的OP-10可以在膨胀石墨表面生成一层亲水性的膜,可以更好地保持材料结构的稳定性,利用其亲水特性更好地利于水合反应的进行并避免产生潮解。 [0033]进一步地,蓄热材料制备时,先将膨胀石墨和碳酸钾溶液混合搅拌均匀,再加入用乙醇稀释处理后的OP-10溶液混合搅拌均匀,再加热蒸发掉多余的乙醇和水后压制成型得到块状的蓄热材料。 [0034]这样,先混合膨胀石墨和碳酸钾溶液,有利于部分碳酸钾均匀地进入到膨胀石墨孔隙内部,然后再加入OP-10溶液在膨胀石墨表面生成亲水性薄膜,将部分碳酸钾成分封装在孔隙内,其中OP-10溶液经过乙醇稀释处理,乙醇中的氢氧根与辛基酚聚氧乙烯醚中的醚键,以及乙醇分子与水分子之间的氢键结合,可以形成一个复合式的亲水基团,该亲水基团恰好具有在储热复合材料吸放热工作温度范围内得失水分子的能力,且亲水基团结合水能力低于碳酸钾在水合过程中结合水的能力,故使得在膨胀石墨表面覆盖生成的亲水性薄膜能够在水合反应过程中,更好地既作为水分子的传质通道吸引水分子进入,又能够避免在水合反应过程中水蒸气过量进入到膨胀石墨孔隙内。同时在蓄热材料吸热脱水过程中,也不会影响材料在受热时的正常脱水和蓄热。故材料在应用过程中,需要促进水合反应放热时,可以采用加大水蒸气压力的方式,使得水分子更快地进入到材料内部,提高放热速率,而不用担心水蒸气压力过大导致碳酸钾潮解板结问题。 [0035]进一步地,蓄热模块中各凸台内还设置有透水性隔膜,透水性隔膜将蓄热材料封装于凸台内部靠内一端(远离蒸发段一端),并使得凸台内靠外一端形成一个蒸汽容纳腔,凸台外顶面采用弹性材料制得。 [0036]这样,蓄热模块受白天太阳光照吸收热量,结晶水合物失去结晶水,且水分子受热后从蓄热材料中溢出并进入到蒸汽容纳腔内,高温使得凸台外顶面弹性材料变软,凸台外侧向外鼓起,蒸汽容纳腔空间增大以更好地容纳水汽并向内传热。到夜晚的时候,温度降低,蒸汽容纳腔空间收缩,压力增加,使得水气能够更好地重新进入蓄热材料产生水合反应,放出热量供热管结构蒸发段吸收。故该结构为针对以结晶水合物为主料的热化学吸附蓄热材料作用设计,可以更好地配合提高其吸放热量效率和对内传热效率,提高了太阳能利用效率。 [0037]进一步地,凸台外顶面弹性材料为波浪形设计。 [0038]这样,更好地发挥其弹性作用。 [0039]综上所述,本发明能够将太阳能转化为热水热量为用户利用,并具有更好地热屏蔽效果和太阳光照热利用效率。 附图说明 [0040]图1为本发明采用的蓄热节能瓦片在宽度方向上的剖视图。 [0041]图2图1中单独蓄热热水层的结构示意图。 [0042]图3图2中蓄热模块的凸台的平面布置示意图。 [0043]图4图2中单独一个凸台的内部结构示意图。 [0044]图5为多个蓄热节能瓦片拼接后的结构示意图。 具体实施方式 [0045]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。 [0046]实施方式:参见图1-5,一种蓄热节能瓦片,包括瓦片本体,瓦片本体在宽度方向上呈弧形,水平面投影方向上呈矩形,瓦片本体内具有热水腔1,其中,瓦片本体在厚度方向上从下到上依次设置有支撑结构层2、保温材料层3、蓄热热水层4和表面层,热水腔1位于蓄热热水层内。 [0047]这样,支撑结构层提供瓦片强度基础,蓄热热水层用于储蓄热水和太阳光照交换热量,为家庭生活用水提供热水,设置的保温材料层可以有效地隔断热量往下向屋内传递,故可以起到更好地热屏蔽效果。 [0048]其中,表面层包括一层防水材料层5。 [0049]这样,可以更好地防水。 [0050]其中,表面层还包括位于防水材料层5上的吸热材料涂层6。 [0051]这样可以更好地吸收利用太阳光照能量。 [0052]其中,支撑结构层2采用金属材料制得。 [0053]这样可以更好地提高支撑强度。 [0054]其中,保温材料层3采用陶瓷纤维纸材料制得。具有更好的保温隔热效果。 [0055]其中,瓦片本体宽度方向的两侧边缘设置有卡接头7。 [0056]这样,卡接头可以用于和瓦片连接构件10连接,瓦片连接构件10用于形成屋顶相邻瓦片之间的凹槽部分位置结构。方便屋顶结构的整体连接成形。具体实施时,连接位置可以做防水处理,例如涂刷防水胶或铺设防水卷材。 [0057]其中,瓦片长度方向的一端上表面形成有搭接凹槽8,另一端上部边缘整体向外延伸形成有搭接凸起,搭接凸起能够和搭接凹槽8配合形成搭接。 [0058]这样,方便瓦片沿长度方向逐一搭接安装铺设。 [0059]其中,瓦片长度方向的一端端面具有和热水腔连通的水管接头,另一端端面具有和热水腔连通的水管接口9,水管接头能够和水管接口插接配合。 [0060]这样,方便瓦片沿长度方向逐一搭接安装铺设过程中,完成热水腔的整体连通,具体安装时,可以依靠密封圈或者涂刷密封胶等方式包装水管接头的密封固定。 [0061]其中,蓄热热水层内还设置有蓄热材料封装形成的蓄热模块11。 [0062]这样蓄热材料能够在白天太阳强烈时蓄热,在夜晚释放热量,持续对热水腔内水供热,提高对太阳热量的利用效率。蓄热材料可以采用相变蓄热材料或者热化学吸附蓄热材料实现。 [0063]其中,蓄热热水层中,热水腔1位于瓦片本体中部位置,瓦片本体宽度方向的两端的至少上侧各设置有一片蓄热模块11,在蓄热模块内侧周边的区域空间和热水腔周边区域空间连通并封装相变流体材料形成热管结构,蓄热模块内侧周边的区域空间构成热管的蒸发段12,热水腔周边区域空间构成热管的冷凝段13。 [0064]这样,在夜晚时间,蓄热模块内蓄热材料放热,使得蒸发段内的相变流体材料受热蒸发,变为气态并上升进入到冷凝段冷凝放热,为热水腔持续地提供热量。相变流体材料在冷凝段冷凝后回流至蒸发段,循环往复,更好地在夜间利用蓄热模块积蓄热量为用户提供热水。 [0065]实施时,蒸发段外侧还设置有一层保温材料。这样白天光照时间长,保温材料的设置不会过多影响到热水腔的受热。夜晚温度降低后,保温材料可以有效地阻止瓦片内外换热,更好地为热水腔保温。 [0066]其中,热管结构的蒸发段12和冷凝段13内的边壁上均设置有吸液芯。 [0067]这样有利于相变流体材料回流。 [0068]其中,每片蓄热模块的外侧为平面形状,对内一侧设置有若干外凸的凸台15,蓄热材料位于凸台15内,凸台15外侧的相邻空间形成热管的蒸发段。 [0069]这样,可以更好地增加换热面积,更加有利于提高蓄热模块和蒸发段之间的换热效率。 [0070]其中,蓄热材料为以结晶水合物为主料的热化学吸附蓄热材料。 [0071]这样,结晶水合物类的热化学吸附蓄热材料是依靠材料得失结晶水的热化学变化储蓄和释放热量,通常吸放热能力大于相变蓄热材料,能够更好地蓄热放热,提高热利用效率,同时其反应过程温和,易于控制,稳定性好。 [0072]其中,蓄热材料以质量比例95份左右的水合碳酸钾和5份左右的膨胀石墨,以及4份左右的OP-10(十二烷基酚聚氧乙烯醚)混合制得。 [0073]这样主料水合碳酸钾通过得失结晶水进行放热和吸热,稳定性好且储热效率高。膨胀石墨作为辅料可以利用其多孔特性,不仅仅作为主料骨架以保持材料结构稳定,而且还可以作为水分子传质通道,让主料更加均匀、高效地发生水合反应并避免局部的碳酸钾过量结合水而产生潮解。少量的OP-10可以在膨胀石墨表面生成一层亲水性的膜,可以更好地保持材料结构的稳定性,利用其亲水特性更好地利于水合反应的进行并避免产生潮解。 [0074]其中,蓄热材料制备时,先将膨胀石墨和碳酸钾溶液混合搅拌均匀,再加入用乙醇稀释处理后的OP-10溶液混合搅拌均匀,再加热蒸发掉多余的乙醇和水后压制成型得到块状的蓄热材料。 [0075]这样,先混合膨胀石墨和碳酸钾溶液,有利于部分碳酸钾均匀地进入到膨胀石墨孔隙内部,然后再加入OP-10溶液在膨胀石墨表面生成亲水性薄膜,将部分碳酸钾成分封装在孔隙内,其中OP-10溶液经过乙醇稀释处理,乙醇中的氢氧根与辛基酚聚氧乙烯醚中的醚键,以及乙醇分子与水分子之间的氢键结合,可以形成一个复合式的亲水基团,该亲水基团恰好具有在储热复合材料吸放热工作温度范围内得失水分子的能力,且亲水基团结合水能力低于碳酸钾在水合过程中结合水的能力,故使得在膨胀石墨表面覆盖生成的亲水性薄膜能够在水合反应过程中,更好地既作为水分子的传质通道吸引水分子进入,又能够避免在水合反应过程中水蒸气过量进入到膨胀石墨孔隙内。同时在蓄热材料吸热脱水过程中,也不会影响材料在受热时的正常脱水和蓄热。故材料在应用过程中,需要促进水合反应放热时,可以采用加大水蒸气压力的方式,使得水分子更快地进入到材料内部,提高放热速率,而不用担心水蒸气压力过大导致碳酸钾潮解板结问题。 [0076]其中,蓄热模块中各凸台15内还设置有透水性隔膜16,透水性隔膜16将蓄热材料封装于凸台内部靠内一端(远离蒸发段一端),并使得凸台内靠外一端形成一个蒸汽容纳腔17,凸台外顶面采用弹性材料制得。 [0077]这样,蓄热模块受白天太阳光照吸收热量,结晶水合物失去结晶水,且水分子受热后从蓄热材料中溢出并进入到蒸汽容纳腔内,高温使得凸台外顶面弹性材料变软,凸台外侧向外鼓起,蒸汽容纳腔空间增大以更好地容纳水汽并向内传热。到夜晚的时候,温度降低,蒸汽容纳腔空间收缩,压力增加,使得水气能够更好地重新进入蓄热材料产生水合反应,放出热量供热管结构蒸发段吸收。故该结构为针对以结晶水合物为主料的热化学吸附蓄热材料作用设计,可以更好地配合提高其吸放热量效率和对内传热效率,提高了太阳能利用效率。 [0078]其中,凸台外顶面弹性材料为波浪形设计。 [0079]这样,更好地发挥其弹性作用。
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