一种太阳能相变储热墙及带有太阳能相变储热墙的通风系统技术领域
本发明涉及一种太阳能利用系统，具体涉及一种太阳能相变储热墙及带有太阳能相变储热
墙的通风系统。
背景技术
前瞻产业研究院《2013-2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》数
据显示，我国建筑能耗在能源总消耗中所占比例已经上升到27.45％。暖通空调和热水系统的
能耗又占到建筑总能耗的60％以上，建筑节能减排已成为亟需解决的问题。我国人口众多，居
住形式多样，虽然城市化发展迅速，但在广大的农村地区以及部分城市地区域仍然存在着大量
结构相对简单、能耗水平高的家庭独立住宅。独立住宅的节能减排措施依然是一个值得研究的
课题。
2006年国家颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，提倡可再生能源的利用，增加能源
供给，实现经济社会的可持续发展。可再生能源包括太阳能、风能、水能、潮汐能等。鉴于风
能、水能等可再生能源的不稳定性与地区差异，在建筑节能中难以有效利用和推广，而太阳能
分布广泛，资源丰富，但利用形式仍旧比较单一，在独立住宅中的利用形式以太阳能集热器提
供热水为主。随着建筑一体化技术与太阳能利用技术的不断结合，有理由相信太阳能将在未来
的建筑节能中扮演重要角色。
相变材料(PCM-PhaseChangeMaterial)是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的
物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。这种材料
一旦在人类生活中被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体，在我国已经列为国家级
研发利用序列。其蓄热能力大，热惰性强，作为建筑材料应用在建筑结构中，能够稳定室内温
度，提高室内热舒适性。同时，相变材料种类众多，物理性质也各有不同，可以根据某一房屋
的使用特性进行相变材料的选择。
室内自然通风依然靠热压和风压的作用，一般情况下热压与压风压较小，室内很难形成有
效的通风换气。无集中供暖的独立住宅，墙体形式简单，建筑材料蓄热能力差，不能充分利用
冬季白天的太阳辐射加热室内空气，冬季需要额外消耗能源来供暖。Trombe墙(集热墙)的
出现是零能耗强化室内自然通风与冬季供暖的突破性进展，它由重质墙体和相隔一定距离的玻
璃盖板组成，其间形成空气通道，通过不同季节对不同通风口的启闭来调节集热墙的性能。但
传统的集热墙，蓄热能力弱，功能单一，只能用来供暖或通风降温，并且容易出现夏季过热、
冬季昼夜温度波动较大的情况。
申请号为201310062987.5的中国专利公开了一种无能耗的建筑自然通风系统，该系统采
用Trombe墙技术，并在空气通道顶部设置风诱导式旋转排风帽，在进风口设置风诱导式旋转
进风帽，强化室内自然通风。但其集热墙体为普通墙体，蓄热能力有限，功能单一。并且在冬
季工况下难以应用，不能做到室内气流的自循环加热，供暖效果差，甚至降低室内温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能相变储热墙及带有太阳能相变储热墙的通风系统，其功
能多样，操作简单，不消耗能源，能够克服传统Trombe墙(集热墙)的缺点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能相变储热墙，该太阳能相变储热墙由填充有相变材料的高温相变层、中温相变
层和低温相变层依次连接构成，且高温相变层、中温相变层和低温相变层内填充的相变材料的
相变温度依次降低。
所述的高温相变层的外侧设有能够升降的外隔热卷帘，低温相变层的外侧设有能够升降的
内隔热卷帘。
所述的高温相变层的外表面涂有吸热涂层。
所述的高温相变层、中温相变层和低温相变层内填充的相变材料为无机相变材料或有机相
变材料，高温相变层内填充的相变材料的相变温度为38～42℃、中温相变层内填充的相变材料
的相变温度为28～32℃、低温相变层内填充的相变材料的相变温度为18～22℃。
该通风系统的外墙由围护结构和玻璃盖板构成，其中外墙的东、西、北、上、下侧都由围
护结构构成，外墙的南侧由玻璃盖板构成；且北侧的围护结构的上部设有室外进风口，玻璃盖
板的上部设有室外排风口；外墙内设有太阳能相变储热墙和热水系统，其中太阳能相变储热墙
靠近玻璃盖板设置，且太阳能相变储热墙的高温相变层朝南，太阳能相变储热墙与玻璃盖板之
间留有空气通道，太阳能相变储热墙与上侧的围护结构之间设有上通风口，太阳能相变储热墙
与下侧的围护结构之间设有下通风口；室外进风口、室外排风口、上通风口和下通风口上均设
有能够打开和关闭的挡风板；热水系统穿过太阳能相变储热墙的低温相变层进行换热。
所述的热水系统由水箱、分水器、集水器、出水阀和若干根集热水管构成，其中水箱设置
在上侧的围护结构的上方并与分水器相连通，每根集热水管的两端分别与分水器和集水器相连
通，所有集热水管均竖直的埋覆于太阳能相变储热墙的低温相变层内，分水器和集水器水平的
埋覆于太阳能相变储热墙的低温相变层内，出水阀位于太阳能相变储热墙的外部并与集水器相
连通。
所述的分水器、集热水管和集水器的材质为铜。
所述的围护结构为空心砖墙体。
所述的玻璃盖板为双层中空玻璃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的太阳能相变储热墙，其中设置了三级不同相变温度的相变层，而且在建造及
使用时，将其设置为由南向北相变层的相变温度依次降低的状态，这样在储热时，由最南侧的
高温相变层来吸收太阳辐射，并逐渐传导热量至中温相变层和低温相变层，能够提高该储热墙
的蓄热量；而在放热过程中，由低温相变层对室内温度进行加热，并对热水系统中的冷水进行
加热，中温相变层和高温相变层中的热量依次向低温相变层内进行补充，能够延长放热时间，
并克服太阳能的不稳定性。
进一步的，本发明提供的太阳能相变储热墙，在高温相变层的外表面涂刷吸热涂层，能够
增强其对太阳能的吸收利用。而且在高温相变层的外侧设置可升降的外隔热卷帘，当放下外隔
热卷帘遮挡住高温相变层时，可以阻挡高温相变层吸收太阳辐射，并能够阻挡高温相变层对外
界环境放热。同时在低温相变层的外侧设置可升降的内隔热卷帘，当放下内隔热卷帘遮挡住低
温相变层时，可以阻挡低温相变层对外界环境放热。
本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统，能够克服传统Trombe墙(集热墙)的
缺点，其蓄热能力强，功能多样，操作简单，且不消耗能源。在夏季可以起到通风降温并加热
生活用水的作用，在冬季可以用来供暖，克服了传统太阳能集热通风系统在冬季工况下难以应
用的问题。本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统，在夏季时，白天利用太阳能相变
储热墙吸收太阳辐射，强化室内自然通风与加热生活用水，夜晚利用太阳能相变储热墙所储蓄
的热量，能够继续强化室内自然通风与加热生活用水，因此能够提高空气品质并降低建筑能耗；
在冬季时，白天利用太阳能相变储热墙吸收太阳辐射，使室内气流自循环加热，对室内进行供
暖，供暖效果好，夜晚利用太阳能相变储热墙所储蓄的热量，能够继续使室内气流自循环加热，
对室内进行供暖，供暖效果好，因此能够降低室内热负荷。所以本发明提供的带有太阳能相变
储热墙的通风系统能够有效克服传统太阳能集热墙功能单一、夏季白天过热与冬季夜间过冷及
昼夜温度波动较大的问题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的结构示意图。
图2为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统中热水系统的结构示意图。
图3为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的冬季白天工作模式的示意图。
图4为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的冬季夜间工作模式的示意图。
图5为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的夏季白天工作模式的示意图。
图6为本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的夏季夜间工作模式的示意图。
其中：1为水箱、2为上通风口、3为室外排风口、4为分水器、5为玻璃盖板、6为外隔
热卷帘、7为空气通道、8为集水器、9为下通风口、10为高温相变层、11为中温相变层、12
为集热水管、13为低温相变层、14为内隔热卷帘、15为出水阀、16为室外进风口、17为围
护结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明总的构思是：以trombe墙原理为基础，采用具有多级相变点的太阳能相变储热墙
替代传统重质墙体，丰富集热墙功能的同时提升墙体性能，本发明提供的一种太阳能相变储热
墙及带有太阳能相变储热墙的通风系统能够达到利用太阳能夏季强化室内自然通风降温、冬季
供暖的功能。为了详细说明本发明的技术内容以及构造和目的，下面结合附图进行具体介绍。
由图1可知，本发明提供的太阳能相变储热墙，由相变温度从高到低的高温相变层10、
中温相变层11和低温相变层13依此连接构成，且在高温相变层10的外侧设有可活动的外隔
热卷帘6，在低温相变层13的外侧设有可活动的内隔热卷帘14。其中高温相变层10的外表面
涂有黑色的吸热涂层，内部填充相变微胶囊，相变材料可以是无机相变材料、有机相变材料，
相变点40℃左右。中温相变层11内部填充相变微胶囊，相变材料可以是无机相变材料、有机
相变材料，相变温度点30℃左右。低温相变层13内部填充相变微胶囊，相变材料可以是无机
相变材料、有机相变材料，相变点20℃左右。
在房屋内建造和使用该太阳能相变储热墙时，使高温相变层10朝南，低温相变层13朝北，
并在该太阳能相变储热墙的上部设置上通风口2，下部设置下通风口9。
由图1、图2可知，本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统，其具体构造为：由
围护结构17、玻璃盖板5、太阳能相变储热墙、热水系统及通风口组成。该通风系统的外墙由
围护结构17和玻璃盖板5构成，其中围护结构17为空心砖墙体，玻璃盖板5为双层中空玻璃。
外墙的东、西、北、上、下侧都由围护结构17构成，外墙的南侧由玻璃盖板5构成。外墙内
设有太阳能相变储热墙和热水系统，且外墙上开设有通风口。通风口包括上通风口2、下通风
口9、室外进风口16和室外排放口3，且室外进风口16、室外排风口3、上通风口2和下通风
口9上均设有能够打开和关闭的挡风板。具体的，北侧围护结构17的上部设有室外进风口16，
南侧玻璃盖板5的上部设有室外排风口3。太阳能相变储热墙靠近玻璃盖板5设置，且高温相
变层10朝南，太阳能相变储热墙与玻璃盖板5之间留有空气通道7。太阳能相变储热墙与上
侧的围护结构17之间设有上通风口2，太阳能相变储热墙与下侧的围护结构17之间设有下通
风口9。热水系统由水箱1、分水器4、集热水管12、集水器8、出水阀15依次连接组成。热
水系统为同程式布置，其中包括若干根集热水管12，每根集热水管12的两端分别与分水器4
和集水器8相连通。集热水管12垂直的埋覆于太阳能相变储热墙的低温相变层13内，分水器
4和集水器8水平的埋覆于太阳能相变储热墙的低温相变层13内，分水器4、集水器8和集热
水管12与低温相变层13内的相变微胶囊紧密接触。水箱1设置在上侧的围护结构17的上方，
并通过管路与分水器4相连通。出水阀15位于太阳能相变储热墙的外部，并通过管路与集水
器8相连通。分水器4、集热水管12、集水器8的材质为高导热率铜。
由图2可知，热水系统的工作流程为：通过家庭自来水系统为水箱1注入一定量的冷水，
水在重力的作用下流入分水器4，再由分水器4流入各集热水管12中，集热水管12从太阳能
相变储热墙中吸收热量，集热水管12中的冷水被加热，并汇聚在集水器8。当住宅需要使用
生活热水时，打开出水阀15放出热水即可。冬季热水系统停止使用。
下面结合附图介绍本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统在冬季白天、冬季夜
间、夏季白天、夏季夜间四种典型工况下的工作模式。
由图3可知，本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的冬季白天的工作模式为：
关闭室外排风口3和室外进风口16，打开上通风口2和下通风口9，升起外隔热卷帘6与内隔
热卷帘14。热水系统停用。太阳辐射通过玻璃盖板5后到达太阳能相变储热墙，被太阳能相
变储热墙吸收，太阳能相变储热墙被加热，太阳能相变储热墙中各相变层中的相变材料达到各
自的相变点熔化进行相变蓄热。玻璃盖板5与空气层抑制了太阳能相变储热墙所吸收的辐射热
向外散失，空气通道7内的空气受到太阳辐射，并与太阳能相变储热墙产生对流换热，热空气
上升并由上通风口2进入室内。室内下部的冷空气通过下通风口9被吸入空气通道7内。太阳
能相变储热墙同时向室内放热，加热室内空气。因此，室内空气形成了热循环流动，有效的提
高了室内热舒适度。
由图4可知，本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的冬季夜间的工作模式为：
关闭所有通风口，升起内隔热卷帘14，降下外隔热卷帘6。热水系统停用。太阳能相变储热墙
的各相变层将白天储存的热量逐渐释放，靠近太阳能相变储热墙的空气被加热，被加热的气流
同室内气流通过对流向室内供暖。由于相变材料蓄热能力大，热惰性强，能够在夜间长时间进
行供暖。同时，外隔热卷帘6阻止太阳能相变储热墙的热量向室外侧散失。
由图5可知，本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的夏季白天的工作模式为：
打开室外进风口16、室外排风口3与下通风口9，关闭上通风口2，升起外隔热卷帘6，降下
内隔热卷帘14，热水系统正常使用。太阳辐射被太阳能相变储热墙吸收，太阳能相变储热墙
被加热，太阳能相变储热墙的各相变层中的相变材料达到各自的相变点熔化进行相变蓄热。埋
覆在太阳能相变储热墙中的集热水管12吸收热量产生热水，降低太阳能相变储热墙的热量。
空气通道7内的空气受到太阳辐射和太阳能相变储热墙散热而上升，通过室外排风口3排出。
室外空气通过室外进风口16被吸入室内，与室内空气混合，再通过下通风口9被吸入空气通
道7内。因此，室内形成了良好的自然通风，有效降低室内温度。
由图6可知，本发明提供的带有太阳能相变储热墙的通风系统的夏季夜间的工作模式为：
同夏季白天的操作方式，即打开室外进风口16、室外排风口3与下通风口9，关闭上通风口2，
升起外隔热卷帘6，降下内隔热卷帘14，热水系统正常使用。太阳能相变储热墙的各相变层将
白天储存的热量逐渐释放，空气通道7内的空气受太阳能相变储热墙散热而上升，通过室外排
风口3排出。室外低温空气通过室外进风口16被吸入室内，与室内空气混合，再通过下通风
口9被吸入空气通道7内。由于太阳能相变储热墙内的相变材料蓄热能力大，热惰性强，能够
长时间向空气通道7散热，夜间依然能够强化室内自然通风，并供给生活热水。
上述结合附图进行说明的具体内容只是示意性的，并非构成对本发明保护范围的限制，所
属领域的研究人员在本发明提供的一种太阳能相变储热墙及带有太阳能相变储热墙的通风系
统的基础上，不需付出创造性劳动而做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。