冬季室內(nèi)智能供暖系統(tǒng)

張澤鵬，陳昭亮，尋天柱

（武漢理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430000）

傳統(tǒng)采暖方式直接或間接地排放污染物，消耗了大量的不可再生資源，且存在一定的安全隱患，使用不當(dāng)對(duì)用戶直接造成不可挽回的損失。基于此，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一套利用石蠟相變潛熱作為熱源供熱的系統(tǒng)，可有效緩解因冬季采暖燃煤所造成的能源浪費(fèi)、大氣污染等問(wèn)題。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 石蠟相變潛熱儲(chǔ)能供暖原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為平板集熱器、導(dǎo)氣管道及軸流風(fēng)機(jī)三部分。每塊平板集熱器預(yù)留有一進(jìn)一出2個(gè)氣口，2個(gè)氣口與埋在平板集熱器內(nèi)部石蠟中的銅制導(dǎo)氣管連接。進(jìn)氣口由2個(gè)單向閥組成直接暴露在空氣中，出氣口內(nèi)置電控閥門(mén)并由保溫導(dǎo)管與室內(nèi)的軸流風(fēng)機(jī)連接起來(lái)。軸流風(fēng)機(jī)工作可將空氣由平板集熱器進(jìn)氣口吸入系統(tǒng)，經(jīng)銅制導(dǎo)氣管、保溫導(dǎo)管及軸流風(fēng)機(jī)到達(dá)室內(nèi)。裝置在白天通過(guò)集熱器將太陽(yáng)輻射的熱能收集，收集的熱量通過(guò)石蠟相變儲(chǔ)存。開(kāi)始供熱時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)工作將空氣通過(guò)銅管吸入室內(nèi)。

1.2 平板太陽(yáng)能集熱器的設(shè)計(jì)

新型的平板型集熱器由保溫層、透明蓋板、集熱板、金屬導(dǎo)熱柵板、內(nèi)外框組成。內(nèi)、外框之間填充的是隔熱性能良好的巖棉材料。銅制導(dǎo)氣管鋪設(shè)在內(nèi)框內(nèi)部由金屬導(dǎo)熱柵板固定，固定后框內(nèi)用石蠟填充，石蠟與金屬導(dǎo)熱柵板和銅制導(dǎo)氣管充分接觸。柵板上覆蓋V形集熱板，集熱板可將收集的熱量通過(guò)金屬導(dǎo)熱柵板傳遞給石蠟。同時(shí)，為了增強(qiáng)集熱器的隔熱性能，在V形集熱板上加蓋玻璃板，將玻璃蓋板與V形集熱板中間部分抽為真空以減小熱損耗。

1.2.1 V形集熱板

玻璃蓋板和石蠟層之間部分為V形集熱板。集熱板通過(guò)被太陽(yáng)光照射，吸收太陽(yáng)熱輻射集聚太陽(yáng)能，并將收集的太陽(yáng)能傳導(dǎo)到石蠟中進(jìn)行儲(chǔ)能。同時(shí)，集熱板被太陽(yáng)光照射的一面通過(guò)鍍鉻增大對(duì)太陽(yáng)能的吸收效率；通過(guò)將集熱板設(shè)計(jì)成V形的結(jié)構(gòu)，增大太陽(yáng)光照射的面積，使集熱效率更高。

圖1 平板集熱器構(gòu)造圖

1.2.2 導(dǎo)熱柵板與石蠟層

集熱板與內(nèi)框之間的部分有導(dǎo)熱柵板和石蠟填充層，石蠟填充層能夠?qū)⑻?yáng)能集熱板收集的能量進(jìn)行儲(chǔ)存。同時(shí)，考慮到石蠟的熱導(dǎo)性能不佳，采用金屬導(dǎo)熱柵板。在金屬柵板的內(nèi)部填充石蠟，使石蠟鑲嵌在金屬柵板分隔出的每個(gè)小網(wǎng)格中，增大石蠟與金屬板的接觸面積，增強(qiáng)裝置內(nèi)部的導(dǎo)熱性能，解決了石蠟受熱不均的問(wèn)題。

1.2.3 導(dǎo)氣管

導(dǎo)氣管中的空氣需要利用石蠟相變的儲(chǔ)能進(jìn)行加熱，因此，導(dǎo)氣管的設(shè)計(jì)是埋在石蠟層中，且穿過(guò)金屬柵板的隔層的。導(dǎo)氣管用銅制成，通過(guò)金屬板對(duì)石蠟相變儲(chǔ)熱的傳導(dǎo)，充分均勻加熱導(dǎo)氣管中的空氣。根據(jù)石蠟層的厚度可鋪設(shè)2層銅制導(dǎo)氣管，既能充分利用熱能，也能夠增大加熱的效率。

1.3 空氣吸收運(yùn)輸模塊

在室內(nèi)暖風(fēng)進(jìn)口處設(shè)置小功率軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)將經(jīng)集熱器加熱后的空氣抽進(jìn)室內(nèi)。集熱板進(jìn)氣口的2個(gè)簡(jiǎn)易單向閥一個(gè)為正向，另一個(gè)為反向，其中，正向單向閥僅允許空氣進(jìn)入系統(tǒng)，反向單向閥僅允許集熱器內(nèi)部空氣排出。供暖時(shí)軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)使得通風(fēng)管內(nèi)形成負(fù)壓，正向單向閥打開(kāi)冷空氣自行進(jìn)入集熱器中進(jìn)行加熱。充分加熱后的空氣由軸流風(fēng)機(jī)通入室內(nèi)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱。在集熱板出氣口處裝有電控閥門(mén)，室內(nèi)溫度傳感器檢測(cè)到溫度過(guò)高時(shí)，電控閥門(mén)和軸流風(fēng)機(jī)同時(shí)關(guān)閉，裝置停止供熱。

控制模塊由室內(nèi)的溫度傳感器、集熱器出氣口的內(nèi)置電控閥門(mén)等組成，系統(tǒng)供暖時(shí)溫度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)高溫度（23℃）時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)停止工作，集熱板出口處的電控閥門(mén)關(guān)閉，系統(tǒng)停止供暖。此時(shí)，埋在石蠟中的銅制導(dǎo)氣管內(nèi)部空氣繼續(xù)受熱，氣體體積膨脹并壓迫進(jìn)氣口處的反向單向閥，反向單向閥受壓打開(kāi)，多余氣體排出裝置。當(dāng)室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)低溫度（18℃）時(shí)，軸流風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，系統(tǒng)正常供暖。

2 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目使用了相變潛熱儲(chǔ)能技術(shù)，整體裝置簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、綠色環(huán)保，基本做到了零污染、零排放，既能對(duì)工廠、家居生活等進(jìn)行供暖，也能解決農(nóng)村由于電網(wǎng)不完善而導(dǎo)致的供暖缺陷、溫室大棚供暖成本高等問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，還可以考慮將其與太陽(yáng)能熱水器結(jié)合，給水的加熱提供熱源。綜上所述，本裝置具有適應(yīng)性良好、能耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適合大范圍推廣使用。

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