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CN106760037A - 一种半被动式的保温调湿外墙系统 - Google Patents

一种半被动式的保温调湿外墙系统 Download PDF

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CN106760037A CN201611256391.9A CN201611256391A CN106760037A CN 106760037 A CN106760037 A CN 106760037A CN 201611256391 A CN201611256391 A CN 201611256391A CN 106760037 A CN106760037 A CN 106760037A
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Abstract

本发明属于建筑节能与调湿技术领域，并公开了一种半被动式的保温调湿外墙系统，包括正极组件、保温墙、吸湿板、负极组件、隔离板、植被墙和电源模块，正极组件具有多条正极棒；负极组件具有多条负极棒，所述保温墙的室外侧设置所述隔离板；所述隔离板远离所述保温墙的一侧覆盖有由栽培用土和植物共同形成的植被墙，所述栽培用土上栽种植物。发明通过吸湿板来吸取室内的湿气，然后通过在正极组件和负极组件间施加电压，使水分子电离并向室外侧上移动，然后迁移出来的水分可以进入栽培用土中促进植物生长。

Description

一种半被动式的保温调湿外墙系统
技术领域
本发明属于建筑节能与调湿技术领域，更具体地，涉及一种半被动式的保温调湿外墙系统。
背景技术
如果住宅、地下等空间中不加保温层，将致使空间内热量或者冷量损失严重，不但造成能源的浪费，还降低了人员的舒适性。能源危机以来，国外发达国家已经相当重视这个问题，很多建筑空间中已经使用了保温层，以减少建筑围护的能源消耗，提高人员的舒适性。然而，国内居住空间使用墙体保温则不常见。另外，建筑空间或结构中的水分也直接影响到建筑的节能效果与舒适性。水分不但对保温层的保温性能产生影响，而且还有可能穿透建筑围护，对其它结构产生危害。为了同时改善能量损失严重与建筑空间潮湿的状况，就需要对其进行保温与调湿工作。国外文献中介绍的墙体保温常见的有外墙保温国和内墙保温等方案，墙体内部保温层多使用泡沫塑料或者玻璃纤维等，外墙保温多使用多孔泡沫塑料，如EPS或XPS等。目前，国内外文献中已有电渗透除湿应用的报道，他们通过220V电源供电，使用正负极使得含水材料中产生电场，从而使水分发生定向运动。但是，还没有将此原理应用在带保温墙体上的报道。另外，他们的装置中没有充分利用太阳能等绿色的自然能源，在未来的节能潜力有限。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种半被动式的保温调湿外墙系统，用于减少建筑能源损耗且可用于电渗透装置的保温墙构造与实施方法，系统结合太阳能光伏发电技术，从而达到建筑空间舒适、安全、节能、环保等目标。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，包括正极组件、保温墙、吸湿板、负极组件、隔离板、植被墙和电源模块，其中，
所述正极组件具有多条正极棒，并且这些正极棒分别水平设置在保温墙的室内侧开凿的多条第一凹槽内，每条所述第一凹槽内设置一条所述正极棒，然后再采用吸湿材料或调湿材料涂沫在所述保温墙的室内侧上形成所述吸湿板，以将所有的正极棒封闭在所述保温墙内；
所述负极组件具有多条负极棒，并且这些负极棒分别水平设置在所述保温墙的室外侧开凿的多条第二凹槽内，每条所述第二凹槽内设置一条所述负极棒，所述保温墙的室外侧设置所述隔离板，以将所有的负极棒封闭在所述保温墙内；
所述隔离板远离所述保温墙的一侧覆盖有由栽培用土和植物共同形成的植被墙，所述栽培用土上栽种植物；
所有的正极棒通过第一导线串联在一起，再通过第一连接线与所述电源模块的正极连接，所有的负极棒通过第二导线串联在一起，再通过第二连接线与所述电源模块的负极连接。
优选地，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述保温层竖直设置在所述建筑墙体的内部，所述建筑墙体的内墙面和外墙面分别设置所述正极组件和负极组件。
优选地，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述建筑墙体的室内侧竖直设置所述保温层，所述保温层远离所述建筑墙体的一侧设置所述正极组件，所述建筑墙体的外墙面设置所述负极组件。
优选地，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述建筑墙体的外墙面设置所述保温层，所述建筑墙体的内墙面设置所述正极组件，所述保温层远离所述建筑墙体的一侧设置所述负极组件。
优选地，所述电源模块包括太阳能光伏板和功能模块，所述功能模块包括蓄电池、AC/DC电源转换模块、功率输出模块和主控模块，所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接，以给蓄电池充电，所述AC/DC电源转换模块分别连接所述主控模块、蓄电池和功率输出模块，并且所述AC/DC电源转换模块能将220V交流电转换为5V电压和36V～40V的直流功率电压进行输出，所述功率输出模块与主控模块连接，以用于在保温墙上的正级组件和负极组件之间产生脉冲电压。
优选地，所述太阳能光伏板由多块太阳能发电板并联而成，用以提供36V～40V电压和50w～100w的功率。
优选地，所述电源模块还包括状态检测模块并且所述状态检测模块与主控模块连接，以用于采集工作电流、室内温度和/或室内相对湿度并发送给主控模块。
优选地，所述脉冲电压为周期性脉冲电压，其周期为T，其中，在一个周期内，在零时刻时，施加在正极组件和负极组件上的电压从0突变到36V～40V并且电压在36V～40V持续时间为T+，然后电压突变到-40V～-36V并且电压在-40V～-36V持续时间为T-，此后电压突变到0V并且电压在0V持续时间为T0，T＝T++T-+T0。
优选地，所述调湿材料为硅藻土或吸水性树脂，所述吸湿材料为硅胶，所述吸湿层的厚度为5mm～10mm。
优选地，所述正极棒为钛棒，所述负极棒为铜棒。
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)本发明通过吸湿板来吸取室内的湿气，然后通过在正极组件和负极组件间施加电压，使水分子电离并向室外侧上移动，然后迁移出来的水分可以进入栽培用土中促进植物生长。
2)本发明采用了太阳能光伏板来提供电能，绿色环保。
3)本发明的绿色环保且带保温的调湿结构，能够在居住空间房间中简单安装运行，保温墙与电源模块的联合使用，既能够起到建筑墙体防潮，调节室内相对湿度，提高人员舒适性，又可以应用到其它场合以达到节能高效的效果。
4)本发明能减少建筑能源损耗且可用于电渗透装置的墙体构造与实施方法，系统结合太阳能光伏发电技术，从而达到建筑空间舒适、安全、节能等目标。
5)本发明通过吸湿板来对室内的湿气进行被动除湿，通过正极组件、负极组件和电源模块等的配合来对室内的湿气进行主动除湿，从而构成了一个半被动式的调湿系统。
6)使用本系统之后，取代了传统建筑外面的防潮层，降低了建筑成本，简化了施工程序。
7)本系统可以反向运行可以加湿室内空气，起到了一机两用的作用。
附图说明
图1是本发明的保温层设置在建筑墙体内部时的结构示意图；
图2是本发明的保温层设置在建筑墙体内墙面时的结构示意图；
图3是本发明的保温层设置在建筑墙体外墙面时的结构示意图；
图4是本发明中电源模块的示意图；
图5是用于本发明的调湿过程工作流程图；
图6是用于本发明中脉冲电压的工作示意图。
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。
参照图1～图6，一种半被动式的保温调湿外墙系统，包括正极组件20、保温墙、吸湿板31、负极组件21、隔离板34、植被墙35和电源模块1，其中，
所述正极组件20具有多条正极棒，并且这些正极棒分别水平设置在保温墙的室内侧开凿的多条第一凹槽内，每条所述第一凹槽内设置一条所述正极棒，然后再采用吸湿材料或调湿材料涂沫在所述保温墙的室内侧上形成所述吸湿板31，以将所有的正极棒封闭在所述保温墙内；
吸湿板31可以是用安全环保的调湿材料或吸湿材料制成，涂抹于保温墙电极上形成板状，厚度5mm-10mm，更优选的厚度为6mm。调湿材料可以选择硅藻土或吸水性树脂，吸湿材料可以选择硅胶。更优选地，吸湿板31的厚度为6mm。
所述负极组件21具有多条负极棒，并且这些负极棒分别水平设置在所述保温墙的室外侧开凿的多条第二凹槽内，每条所述第二凹槽内设置一条所述负极棒，所述保温墙的室外侧设置所述隔离板34，以将所有的负极棒封闭在所述保温墙内；
所述隔离板34远离所述保温墙的一侧覆盖有由栽培用土和植物共同形成的植被墙35，所述栽培用土上栽种植物；为避免植被用土壤直接接触建筑墙体32，和植物根茎的生长可能对建筑墙体32和电极的损坏，所以，在保温墙和植被墙35之间加上一层隔离板34。隔离板34既能够保护保温墙，又能够允许水分穿透。隔离板34可以是酚醛发泡塑料、无纺纱布，或者其他具有上述性能要求的物体。植被墙35阻挡了阳光直接暴晒墙体和室外大气环境对保温墙的直接作用，使得室内的舒适环境免受干扰，所以，其节能效果是很显著的。因为建筑空间使用了调湿的装置，此处的植被墙35可不用担心墙体防潮问题。
所有的正极棒通过第一导线串联在一起，再通过第一连接线与所述电源模块1的正极连接；正极组件20的材料要能够促进液态水的电解。优选地，正极棒采用钛棒，直径尺寸在Ф1.8-2mm之间，平行布置，间隔800～1200mm，安装在墙内侧切槽内，槽口深20-25mm，宽8-10mm，槽断面为矩形，间隔800-1200mm，远离拐角100-150mm，所有正极钛棒连接至电源模块1的接线端子上。
所有的负极棒通过第二导线串联在一起，再通过第二连接线与所述电源模块1的负极连接。负极组件21是一种导电耐腐蚀材料，优选铜棒，尺寸在Ф10-14mm之间，铜棒平行布置，间隔800～1200mm，所有负极棒与电源模块1上的接线端子连接。
作为本发明的一种优选，所述保温墙包括建筑墙体32和保温层33，建筑墙体32可以选择普通的混凝土墙体，所述保温层33竖直设置在所述建筑墙体32的内部，所述建筑墙体32的内墙面和外墙面分别设置所述正极组件20和负极组件21。
作为本发明的另一种优选，所述保温墙包括建筑墙体32和保温层33，建筑墙体32可以选择普通的混凝土墙体，所述建筑墙体32的室内侧竖直设置所述保温层33，所述保温层33远离所述建筑墙体32的一侧设置所述正极组件20，所述建筑墙体32的外墙面设置所述负极组件21。
作为本发明的另一种优选，所述保温墙包括建筑墙体32和保温层33，建筑墙体32可以选择普通的混凝土墙体，所述建筑墙体32的外墙面设置所述保温层33，所述建筑墙体32的内墙面设置所述正极组件20，所述保温层33远离所述建筑墙体32的一侧设置所述负极组件21。
保温层33可以用于建筑墙体32内墙面、外墙面或内部。如果是在内部或外部设置保温层33，可以使用真空保温板；如果是在中部设置保温层33，可以使用真空保温板、泡沫塑料(如EPS、PXS、聚氨酯等)等低热导率材料，厚度范围可以根据需要用热线切割得到，也可以直接购买或定制。这里推荐使用一种真空保温板，其中间接缝用发泡材料连结，发泡材料的保温性能要好，且允许一定量的水分迁移，以使其起到保温和水分排出的作用。
进一步，参照图3，所述电源模块1包括太阳能光伏板12和功能模块，所述功能模块包括蓄电池13、AC/DC电源转换模块11、功率输出模块14和主控模块16，所述太阳能光伏板12与所述蓄电池13连接，以给蓄电池13充电，所述AC/DC电源转换模块11分别连接所述主控模块16、蓄电池13和功率输出模块14，并且所述AC/DC电源转换模块11能将220V交流电转换为5V电压和36V～40V的直流功率电压进行输出，所述功率输出模块14与主控模块16连接，以用于在保温墙上的正级组件20和负极组件21之间产生脉冲电压。蓄电池13可以充电重复使用，其可以采用锂离子电池或铅蓄电池，电压为36V～40V，并且能够提供50w～100w的能量。优选地，可以选择较为便宜的铅蓄电池，充电电压36V，输出电压36V。主控模块16可以带有微处理器、按键、显示和远程监控等功能，可用于接收和显示信息，并向各部分发出控制指令。功能模块可以安装在密封的金属箱内，其设置于建筑防护现场，可以通过UART串行接口和各种上位监管中心通信，实现驱潮状态的远程监测和参数控制。
进一步，所述太阳能光伏板12由多块太阳能发电板并联而成，用以提供36V～40V电压和50w～100w的功率。
进一步，所述电源模块1还包括状态检测模块15并且所述状态检测模块15与主控模块16连接，以用于采集工作电流、室内温度和/或室内相对湿度并发送给主控模块16。
进一步，所述脉冲电压为周期性脉冲电压，其周期为T，其中，在一个周期内，在零时刻时，施加在正极组件20和负极组件21上的电压从0突变到36V～40V并且电压在36V～40V持续时间为T+，然后电压突变到-40V～-36V并且电压在-40V～-36V持续时间为T-，此后电压突变到0V并且电压在0V持续时间为T0，即此时断电间歇工作，在正极组件20和负极组件21上不施加电压；其中T＝T++T-+T0。其中，负电压和零电平起缓冲作用，时间短。正电压起排水作用，时间相对较长。开始时刻电源模块1可以输出恒定电压为36V，工作时间T+＝5s～15s，更优选为9s，然后改变电源模块1的电压极性，将原来的正极变为负极，负极变为正极，工作时间T-＝0.15s～0.5s，更优选为0.3s；然后断电使电压为0V，持续时间T0＝0.35s～1.2s，更优选为0.7s。因此脉冲电压的周期T为10s。
参照图5、图6，当系统开始工作，系统恒压启动，优选电压为40V，此电压作用在室内的正极组件20和室外的负极组件21上，此时在保温墙内部形成从正极组件20指向负极组件21的电场，如图1所示，其中的虚线箭头表示水分移动的方向，实线箭头表示太阳光，水分向负极组件21的方向发生定向移动，到达一定时间后，电压突变为-40V，然后持续一段时间，持续过程作用时间短，目的是提高电渗透效率。极性转换完成后开始间歇工作，即此时断电，电压为0V。如此作用一段时间，水分最终由室内迁移到室外，达到室内调湿的效果。
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。

Claims (10)

1.一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，包括正极组件、保温墙、吸湿板、负极组件、隔离板、植被墙和电源模块，其中，
所述正极组件具有多条正极棒，并且这些正极棒分别水平设置在保温墙的室内侧开凿的多条第一凹槽内，每条所述第一凹槽内设置一条所述正极棒，然后再采用吸湿材料或调湿材料涂沫在所述保温墙的室内侧上形成所述吸湿板，以将所有的正极棒封闭在所述保温墙内；
所述负极组件具有多条负极棒，并且这些负极棒分别水平设置在所述保温墙的室外侧开凿的多条第二凹槽内，每条所述第二凹槽内设置一条所述负极棒，所述保温墙的室外侧设置所述隔离板，以将所有的负极棒封闭在所述保温墙内；
所述隔离板远离所述保温墙的一侧覆盖有由栽培用土和植物共同形成的植被墙，所述栽培用土上栽种植物；
所有的正极棒通过第一导线串联在一起，再通过第一连接线与所述电源模块的正极连接，所有的负极棒通过第二导线串联在一起，再通过第二连接线与所述电源模块的负极连接。
2.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述保温层竖直设置在所述建筑墙体的内部，所述建筑墙体的内墙面和外墙面分别设置所述正极组件和负极组件。
3.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述建筑墙体的室内侧竖直设置所述保温层，所述保温层远离所述建筑墙体的一侧设置所述正极组件，所述建筑墙体的外墙面设置所述负极组件。
4.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述保温墙包括建筑墙体和保温层，所述建筑墙体的外墙面设置所述保温层，所述建筑墙体的内墙面设置所述正极组件，所述保温层远离所述建筑墙体的一侧设置所述负极组件。
5.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述电源模块包括太阳能光伏板和功能模块，所述功能模块包括蓄电池、AC/DC电源转换模块、功率输出模块和主控模块，所述太阳能光伏板与所述蓄电池连接，以给蓄电池充电，所述AC/DC电源转换模块分别连接所述主控模块、蓄电池和功率输出模块，并且所述AC/DC电源转换模块能将220V交流电转换为5V电压和36V～40V的直流功率电压进行输出，所述功率输出模块与主控模块连接，以用于在保温墙上的正级组件和负极组件之间产生脉冲电压。
6.根据权利要求5所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述太阳能光伏板由多块太阳能发电板并联而成，用以提供36V～40V电压和50w～100w的功率。
7.根据权利要求5所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述电源模块还包括状态检测模块并且所述状态检测模块与主控模块连接，以用于采集工作电流、室内温度和/或室内相对湿度并发送给主控模块。
8.根据权利要求5所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述脉冲电压为周期性脉冲电压，其周期为T，其中，在一个周期内，在零时刻时，施加在正极组件和负极组件上的电压从0突变到36V～40V并且电压在36V～40V持续时间为T+，然后电压突变到-40V～-36V并且电压在-40V～-36V持续时间为T-，此后电压突变到0并且电压在0V持续时间为T0，T＝T++T-+T0。
9.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述调湿材料为硅藻土或吸水性树脂，所述吸湿材料为硅胶，所述吸湿层的厚度为5mm～10mm。
10.根据权利要求1所述的一种半被动式的保温调湿外墙系统，其特征在于，所述正极棒为钛棒，所述负极棒为铜棒。
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