碳晶加熱采暖技術(shù)在公路收費(fèi)站的應(yīng)用研究

厚榮斌+李少巖

摘 要：高速公路收費(fèi)站冬季存在采暖的需求，文章對(duì)碳晶電熱板的應(yīng)用范圍以及安全性、可靠性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明碳晶電熱板以其加熱速度快、耗能少、可懸掛安裝以節(jié)省空間等特點(diǎn)較適合作為高速公路收費(fèi)站的取暖設(shè)施，大規(guī)模的應(yīng)用碳晶電熱板作為取暖設(shè)施可以節(jié)約能源以及采暖費(fèi)用。文章還對(duì)碳晶電熱板作為高速公路收費(fèi)站的采暖設(shè)施做了可行性分析以及優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：碳晶電熱板；采暖；高速公路收費(fèi)站；可行性

中圖分類號(hào)：TU832.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0049-02

自爆發(fā)能源危機(jī)以來，世界各國在工業(yè)發(fā)展的過程中越來越重視能源問題，如何節(jié)約能源、提高能源的利用率已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)。同時(shí)環(huán)境污染也已經(jīng)影響到了每個(gè)人生活，因此，在建筑采暖方案的選取中，節(jié)約能源和減少污染也是主要的考慮因素。

1 公路收費(fèi)站的采暖方式

東北地區(qū)冬季漫長，年平均氣溫-15℃左右，供暖期約六個(gè)月。高速公路收費(fèi)站大多地處曠野，收費(fèi)亭本身亭壁單薄、保溫性差，同時(shí)由于工作性質(zhì)的需要，收費(fèi)窗口開啟頻繁，空氣流通導(dǎo)致熱量流失嚴(yán)重，使得收費(fèi)亭室溫難以保障正常工作需要。

目前收費(fèi)亭普遍采用的是普通電暖器和空調(diào)加熱相結(jié)合的供暖方式，這種取暖方式的最大弊端在于取暖能耗大，熱量損失嚴(yán)重[1]。普通電暖器不具備自動(dòng)調(diào)溫能力，無法精確控制溫度，空調(diào)雖然可以智能控溫，但是加熱能耗高，這種供暖方式下的每平方米能耗高達(dá)1kW，超出國家規(guī)定的建筑耗能標(biāo)準(zhǔn)10倍。高能耗的同時(shí)供暖效果卻差，收費(fèi)亭內(nèi)的工作人員仍需穿戴厚重的保暖衣物。采用碳晶加熱取暖技術(shù)后，可以根據(jù)亭內(nèi)工作人員的需要對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，并且溫度均勻分布，擺脫厚重的衣物，提高工作舒適度。

2 碳晶采暖方式與傳統(tǒng)采暖方式的對(duì)比

碳晶作為一種新型采暖材料逐漸應(yīng)用于民用領(lǐng)域，以納米碳素晶體發(fā)熱材料為基礎(chǔ)研制的新型碳晶電熱板具有發(fā)熱均勻、發(fā)熱效率高及絕緣性好等特點(diǎn)。碳晶面導(dǎo)電發(fā)熱，能使室內(nèi)溫度場(chǎng)均勻，傳熱速度快，一般通電20分鐘后，室內(nèi)即達(dá)到采暖效果[2]。憑借這些突出優(yōu)點(diǎn)，一種新型的以碳晶電熱板為主要材料的碳晶板電采暖系統(tǒng)在我國南方部分城市得到快速的發(fā)展和應(yīng)用，但是目前對(duì)于如何對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行“即開即用”“實(shí)時(shí)溫控”等非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況的研究比較缺乏，一定程度上限制了碳晶板電采暖系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用[3]。

3 碳晶采暖應(yīng)用的可行性分析

在采用電暖器與空調(diào)取暖結(jié)合的收費(fèi)亭內(nèi)，熱量的分布是不均勻的，熱空氣聚集于上方，冷空氣匯集于下方，靠近地面的位置溫度甚至接近于室外溫度。而且由于電暖器與空調(diào)取暖結(jié)合的供暖方式溫度調(diào)節(jié)能力差，在高能耗的情況下供暖效果差，在日照充足的情況下，收費(fèi)亭內(nèi)的溫度較高，缺少日照的情況下會(huì)出現(xiàn)溫度急劇下降的現(xiàn)象。采用碳晶板電采暖系統(tǒng)可以通過智能控制遠(yuǎn)紅外線的輻射量達(dá)到對(duì)收費(fèi)亭內(nèi)溫度精確控制的目的，且碳晶電熱板的電熱轉(zhuǎn)換率可以高達(dá)98.9%以上，也就是說輸入給碳晶電熱板的全部電能可以轉(zhuǎn)化成為60%的傳導(dǎo)熱能和近40%的遠(yuǎn)紅外輻射能量。碳晶板電采暖系統(tǒng)在室內(nèi)的分布是立體的，收費(fèi)亭內(nèi)頂部、底部以及亭壁均可布置輻射板，頂部的輻射板對(duì)工作人員的上部供暖，底部和亭壁的輻射板對(duì)工作人員的腳和腿供暖，收費(fèi)窗口開啟時(shí)，進(jìn)入亭內(nèi)的冷空氣會(huì)由于亭壁輻射板產(chǎn)生的少量對(duì)流熱量形成的熱風(fēng)幕的存在而減弱，減少對(duì)人體的影響，因此，收費(fèi)亭內(nèi)除了收費(fèi)窗口處的溫度偏低外，其余各處的溫度分布均勻，以保障收費(fèi)亭處于良好的溫度范圍。

對(duì)于碳晶電熱板來說，本身具有可調(diào)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，這個(gè)特性讓碳晶板電采暖系統(tǒng)具備溫控調(diào)節(jié)功能。目前，新型的碳晶板采暖系統(tǒng)已經(jīng)取得了研究成果，達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用水平。而且與傳統(tǒng)的電采暖系統(tǒng)相比具有更好的安全性、節(jié)能型，并且升溫速度快，因此其更適合高速公路收費(fèi)亭的供暖。

4 碳晶采暖技術(shù)的應(yīng)用建議

由于碳晶板電采暖系統(tǒng)主要是靠遠(yuǎn)紅外線輻射加熱，當(dāng)收費(fèi)亭內(nèi)的溫度低于體感溫度，工作人員不會(huì)有寒冷的感覺，舒適度高。碳晶板電采暖技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還應(yīng)考慮如下問題：

（1）由碳晶加熱板的特性可知只要通電，碳晶板電采暖系統(tǒng)就會(huì)持續(xù)供暖，由于散熱較少，會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)的溫度隨著時(shí)間的推移而溫度過高，這種情況會(huì)影響工作人員的體驗(yàn)度，并由于持續(xù)耗能而降低其經(jīng)濟(jì)性。因此在碳晶板電采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中需要安裝溫度傳感器和電控元件對(duì)通電時(shí)間進(jìn)行合理控制，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和用戶的體驗(yàn)舒適度。

（2）碳晶電熱板應(yīng)注意絕緣處理，以防止泄電危險(xiǎn)的發(fā)生。市場(chǎng)上采用的雙面鋁箔的保溫材料當(dāng)達(dá)到一定的面積和功率時(shí)就容易導(dǎo)致泄露電流，因?yàn)殡p面鋁箔的保溫材料本身就是一個(gè)電容，當(dāng)它的容量足夠大時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的隱患，為了避免這樣的隱患的發(fā)生我們應(yīng)采用非金屬材質(zhì)的保溫材料。

（3）碳晶板電采暖系統(tǒng)在供暖的過程中是立體的，該系統(tǒng)在收費(fèi)亭內(nèi)的布置需要一定的合理性，考慮碳晶電熱板在收費(fèi)亭內(nèi)的安裝位置，不同的安裝位置會(huì)影響系統(tǒng)的加熱效果，而且碳晶電熱板的數(shù)量也需要根據(jù)收費(fèi)亭的空間大小進(jìn)行合理的選擇，保證亭內(nèi)工作人員的舒適度。

（4）碳晶加熱板在實(shí)際使用中可進(jìn)一步優(yōu)化，使其更加安全可靠，減少應(yīng)用面積，增加美觀性和附加功能。如利用碳晶加熱板的懸掛布置和頂棚布置方式，可進(jìn)行警示和宣傳標(biāo)語設(shè)計(jì)等，在實(shí)現(xiàn)收費(fèi)亭的基本采暖功能的基礎(chǔ)上，為收費(fèi)亭起到修飾作用。

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