[发明专利]含有PCM的建筑材料和气候围护结构

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于建筑物的气候围护结构（climate envelope）的建筑材料以及一种带有木材外层的气候围护结构，根据独立权利要求的前序该气候围护结构将该建筑物隔热、对该建筑物加热和冷却并且使建筑物空气流通。

本发明还涉及生产用于房屋的较小气候围护结构的方法，这些气候围护结构可以组装成一个更大的建筑物。

发明背景

气候围护结构是建筑物的外部壳体，即，墙壁、地板、以及屋顶。窗户和外面的门可以包括在该气候围护结构之内。热量通过窗户和门、墙壁、屋顶、地板、以及地下室连同通过通风而散发。诸多建筑物应该被设计得为使得通过低的热损失、低的散热需要、有效使用加热和冷却连同减少的CO2的排放而减少能量的消耗。在气候寒冷时为新建筑物和改造隔热层所推荐的隔热厚度对于墙壁而言为30cm-50cm，对于屋顶而言为40cm-50cm、而对于地板而言为最小30cm（根据瑞典能量署）。对此存在着几个缺点。

内部隔热层的大幅度增加的厚度将居住面积减少了高达10%，或者通过改造或原始外部隔热层的每平方米成本将会增加。热桥（一种不良隔热的围护结构）通常是由于渗漏的窗户装饰、门、层间空间、屋檐以及该气候围护结构的外部拐角造成的。热桥引起了热量损失以及冷的室内表面。木材的隔热容量是混凝土梁的8倍，而混凝土梁比木材重6倍。一立方米的木材减少了约1.1吨且储存了0.9吨的的CO2排放(Gustavsson）。水泥和混凝土占全球总CO2排放的4%-5%。小规模地构建了由实心木材构造的、有着非常长的寿命跨度的房屋。良好地隔热的、能量有效的、具有太阳能集热器和太阳能板的气候围护是一种对气候有正面影响的（climate positive）的气候围护结构。

用于密封房屋的施工技术是昂贵的。如果墙壁厚于20cm的话，则湿气损害的风险增大。经常避免一种较厚的、较硬的外部壳体来减少湿气渗透的风险（IVA，seminarium2009，KTH教授）。存在着薄的隔热层，例如3cm的隔热层，根据独立的测试研究所，这对应于21cm的矿物棉隔热层。使用大块隔热层的传统方法是最常见的。密封后的房屋要求良好的通风以及热交换器，这些热交换器从排出空气中回收热量。市场上用于居住的房屋、公寓、商业空间和建筑物的可使用的通风、空气调节以及加热的系统是复杂的，并且大部分新鲜空气进气和空气调节从上方进行。热水在高温储存，其结果为较高的能量成本。开发了太阳能板和收集器以便在一年温暖的时候、朝南、朝东和朝西的时候并且在阳光最充足的时间段使用，并且生产过量的热能存在着风险，这进而要求对于热量储存的需要，例如额外的用于热水的贮存器罐。室内温度经常是过高的。在寒冷的季节，因为太阳能板、太阳能收集器过小，所以产生的热量过少。在炎热的气候，在温暖的国家中，能量被花费在了散热上。

与从上方进行新鲜空气进气相比较，通风花费的能量可以减少一半。空气在房间内热源周围移动的计算机模拟显示了热量朝向天花板自然地上升。来自进气的新鲜冷空气在下面自动寻找其到达热源的途径，在热源处发生了热交换。研究显示了应当如何管理新鲜空气进气才能使房间内的热源不扰乱自然的热扩散。热交换可以被集中到房间里的热源处，其方式为使得它是人体不可感受到的空气气流。与从上方进行新鲜空气进入相比较，能量的需要可以减少一半。这种减少的能量消耗的重要潜能已经通过真实建筑物中的研究得到证实，（Cho,Awbi,Karimipanah,Blomqvist,Sandberg,Moshfeg）。传统建筑方法（其中散热元件处于天花板中并且从上方进行新鲜空气进气）意味着使用更多的能量和较不良的室内空气品质，因为暖和的、上升的不纯空气与下降的冷空气发生混合，这就提出了对空气循环的要求。

PCM（相变材料）是一种众所周知的技术（Sundberg,Termiskenergilagring genomtekniska universitet.Avdelningenenergi,2005。）用于PCM-技术的方法可以在两个步骤中进行描述。在第一步骤中，热量从环境的热源转移到该PCM。这发生在热源的温度是高于该PCM的温度的时候。该热量可以例如是由来自人体的热量或者通过太阳加热的室内空气的热量组成。在这个步骤中，该PCM作为一个储热器来起作用，吸收了热量并且发生相变，例如从固体到液体。