光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统

本发明涉及建筑节能领域中的性能可调围护结构，尤其涉及一种光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统。

背景技术：

1、在建筑节能领域中，采用建筑光伏一体化（bipv）。将光伏组件与建筑屋顶、外墙等围护结构结合，实现建筑发电与围护功能一体化，是建筑零碳转型的核心技术。但光伏组件在工作时会吸收大量太阳辐射热，工作温度每升高1℃，光电转换效率下降约0.4%，高温会显著降低发电性能、缩短组件寿命。

2、此外，还存在天空辐射冷却rsc（radiative sky cooling）技术。天空辐射冷却是一种依托大气红外透明窗口实现的被动式零能耗自然降温技术，核心原理在于宇宙深空具备极低的温度背景，地球表面、建筑围护结构等物体可通过8~13μm大气长波红外透明窗口，以热辐射的形式持续向外太空散失热量；该波段范围内大气阻隔作用弱，地表辐射热量能够直接穿透大气层释放至低温宇宙空间，突破环境空气温度限制。区别于传统对流、传导散热，rsc可在无需消耗电能、无机械运转、低碳无污染的前提下，有效降低建筑屋顶、外墙及室外设施的表面温度，削减建筑空调制冷能耗，缓解城市热岛效应。

3、此外，还存在性能可调围护结构技术。与静态围护结构恒定的热物性相比，性能可调围护结构的传热系数、太阳吸收率等热学参数可以随着室内外环境的变化而改变，在建筑需要隔热的时候切换高热阻状态，而在建筑需要排热或者吸热时切换低热阻状态运行，具有调节性强、适用性广的优势。

4、此外，还存在热二极管，其与电二极管类似，传热具有较强的方向性。

5、作为具体例，专利文献1提出了一种基于热管与天空辐射制冷一体化的光伏电池冷却屋面，将光伏电池板、天空辐射冷却板、热管、蓄热/蓄冷材料层与屋顶保温层集成，利用热管高效相变传热特性，耦合天空辐射冷却材料，被动导出光伏电池发电产生的废热并为光伏板降温，以提升光电转换效率，同时实现光伏余热回收利用与屋面节能一体化，无需额外能耗驱动，达到建筑节能的效果。

6、专利文献1：中国实用新型专利cn218570138u

技术实现思路

1、在现有的光伏屋面、辐射制冷与热二极管复合技术中，还存在如下不足：（1）传统bipv屋面仅具备发电功能，无被动散热与动态隔热能力，光伏组件长期高温运行，发电效率低、老化快；（2）上述专利文献1虽然使用了rsc被动散热，但是这种复合屋面仅能实现静态散热，无法根据冬夏、昼夜动态切换隔热与排热模式，冬季存在过度散热导致的室内热损失问题，同时夏季单一的排热方式作用有限；（3）光伏与热二极管复合方案多采用管状重力热管，这种传统热管存在传热面积小、金属外壳热桥、反向隔热差的问题，传热调节能力有限；（4）现有光伏复合围护结构未实现对发电量的有效消纳与利用，缺少“发电-被动制冷-动态隔热”三位一体的集成，无法兼顾建筑夏季制冷、冬季保温的全季节需求，适配场景单一。

2、为了解决现有建筑光伏屋面与天空辐射制冷复合技术的不足，本发明提供一种光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，包括：光伏辐射冷却屋顶，其包括光伏组件和动态天空辐射冷却膜；蓄电装置；以及相变热二极管墙体，其包括设于建筑外侧的超疏水板、设于建筑内侧的超亲水板以及隔热垫片，所述光伏组件吸收太阳能进行光电转化，光伏发电产生的电能储存于所述蓄电装置，所述动态天空辐射冷却膜设置于所述光伏组件的下层，利用辐射换热对所述光伏组件进行冷却，所述超亲水板在与所述超疏水板相对的表面形成超亲水表面，所述超疏水板在与所述超亲水板相对的表面形成超疏水表面，所述隔热垫片夹设于所述超疏水板与所述超亲水板之间，并沿着所述超疏水板以及所述超亲水板的边缘形成为框状，由此在所述超疏水板与所述超亲水板之间形成相变传热空间，所述相变传热空间被抽真空，其中，所述相变热二极管墙体还包括位于所述超亲水板的建筑内侧的墙体结构保温层，在所述墙体结构保温层与所述超亲水板之间设置有空气层，在所述墙体结构保温层设置有将所述空气层与建筑的室内空间连通的空气通道，在所述空气通道设置有用于控制所述空气通道开闭的电动阀。

3、优选的是，所述相变传热空间内设有去离子水作为工作介质，在夏季夜间，在室内温度高于室外温度的情况下，所述相变热二极管墙体能够以“室内向室外被动排热”的正向工作模式工作，其中，所述电动阀打开，室内的热空气通过所述空气通道流入所述空气层并汇聚到所述超亲水板上而与所述超亲水板进行热交换；在夏季日间，在室内温度低于室外温度的情况下，所述相变热二极管墙体能够以“室内相对于室外高效隔热”的反向工作模式工作，此时，所述相变传热空间不发生相变传热；在冬季，在室内温度高于室外温度的情况下，所述相变热二极管墙体能够以“室内相对于室外高效隔热”的反向工作模式工作，其中，所述电动阀关闭，阻止室内的热空气通过所述空气通道流入所述空气层，依托所述墙体结构保温层的保温材料隔热。

4、优选的是，在冬季，在室内温度高于室外温度的情况下，所述相变热二极管墙体能够以“室内相对于室外高效隔热”的反向工作模式工作，其中，通过真空泵将所述相变传热空间的绝对压力调节到12kpa以上，提高去离子水的相变温度临界点，使相变热二极管墙体内部不发生相变传热。

5、优选的是，在所述“室内向室外被动排热”的正向工作模式中，将所述相变传热空间的绝对压力控制为1kpa以下。

6、优选的是，所述动态天空辐射冷却膜由可随着温度变化而在绝缘态与金属态之间可逆转变的热致相变材料形成。

7、优选的是，通过在所述超亲水板在与所述超疏水板相对的表面设置吸液芯而形成所述超亲水表面。

8、优选的是，所述热致相变材料为二氧化钒。

9、优选的是，在所述“室内向室外被动排热”的正向工作模式中，对所述超亲水板施加电场负极，对所述超疏水板施加电场正极，通过电场增强所述相变热二极管墙体的正向传热。

10、优选的是，所述超疏水板以及所述超亲水板由金属板形成。

11、优选的是，所述超疏水板的所述超疏水表面利用激光刻蚀而形成。

12、根据本发明的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，在通过光伏组件充分利用太阳能进行光伏发电的同时，通过动态天空辐射冷却膜为光伏组件提供全天候被动散热，降低光伏组件的工作温度，提升光电转换效率与光伏组件的使用寿命。通过相变热二极管墙体，实现建筑围护系统夏季日间高效隔热、夏季夜间被动排热、冬季隔热的动态传热调节。通过蓄电装置，实现日间富余电能的存储、夜间为相变热二极管墙体辅助供电而施加电场，强化相变热二极管墙体的单向传热能力与相变循环效果。通过全季节自适应协同调控策略，根据室内外工况动态切换工作模式，维持节能、低碳的建筑室内热环境。

13、本发明通过天空辐射冷却材料、光伏储能技术与相变热二极管的耦合协同，高效、巧妙地满足不同时段建筑的发电、排热、隔热需求，能够降低建筑冷热负荷，营造低碳、节能的室内人居环境。

1.一种光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

8.根据权利要求2至4中任一项所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

9.根据权利要求1至5中任一项所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的光伏辐射冷却屋顶与相变热二极管墙体协同可调建筑围护系统，其特征在于，