碳硅聚合物固態(tài)電散熱器在農(nóng)村的應(yīng)用

王 凱，魏海豐，馬坤茹

(1.河北科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 石家莊 050018； 2.河北中暖新能源科技有限公司，河北 石家莊 050018))

1 概述

為改善北方農(nóng)村地區(qū)供暖，國(guó)家提出宜電則電、宜氣則氣的總原則[1]，電散熱器的推廣也在國(guó)家政策上得到肯定。目前，電散熱器主要有蓄熱式、直接作用式兩種[2]，碳硅聚合物固態(tài)電散熱器屬于直接作用式。碳硅聚合物固態(tài)電散熱器以高效發(fā)熱線為加熱組件，采用無水化運(yùn)行，不存在腐蝕、熱衰減等問題。通過輻射、對(duì)流方式向外界傳熱，以對(duì)流傳熱為主[3]。碳硅聚合物固態(tài)電散熱器具有體積小、價(jià)格低、啟閉靈活等優(yōu)點(diǎn)，在保證一定供暖效果的同時(shí)，可有效降低耗電量，減少運(yùn)行費(fèi)用。

本文針對(duì)河北保定易縣某農(nóng)村居住建筑，實(shí)測(cè)研究碳硅聚合物固態(tài)電散熱器(以下簡(jiǎn)稱電散熱器)的供暖效果和經(jīng)濟(jì)性。

2 建筑概況

某居住建筑位于河北保定易縣農(nóng)村，為單層獨(dú)棟建筑，坐北朝南，建筑面積為67 m2，層高3.6 m。建筑外觀見圖1。

圖1 建筑外觀

供暖期為11月15日至次年3月15日，供暖室外平均溫度-3.3 ℃，供暖室外計(jì)算溫度為-6.4 ℃。居住建筑平面布置見圖2。圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法、材料見表1。僅東屋供暖，供暖面積為15 m2。

圖2 居住建筑平面布置

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)做法、材料

3 測(cè)試內(nèi)容

東屋供暖面積15 m2，選用1臺(tái)電散熱器，外形尺寸為120.0 cm×60.0 cm×4.5 cm，適用供暖面積為15～18 m2，質(zhì)量為6.5 kg，額定熱功率為700 W。電散熱器外形見圖3。

圖3 電散熱器外形

采用溫濕度傳感器連續(xù)測(cè)量室外、東屋(供暖房間)、客廳(非供暖房間)溫濕度，采用電能表測(cè)量電散熱器耗電量。測(cè)試時(shí)間為2021年1月7日18:00至26日10:00，每1 min記錄1次數(shù)據(jù)。

測(cè)試期間，散熱器具體啟閉時(shí)間由用戶自行調(diào)節(jié)，在部分夜晚時(shí)間電散熱器關(guān)閉，其他時(shí)間處于開啟狀態(tài)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，電散熱器關(guān)閉時(shí)間共96 h。客廳以及東、西屋的門窗基本處于關(guān)閉狀態(tài)，僅人員進(jìn)出房間時(shí)開啟房門。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 室外溫濕度

測(cè)試期間室外溫濕度隨時(shí)間的變化分別見圖4、5。由圖4、5可知，測(cè)試期間室外溫濕度波動(dòng)明顯。最低室外溫度為-10.21 ℃，室外溫度低于0 ℃時(shí)間占測(cè)試時(shí)間的49.89%。最大相對(duì)濕度為77%，最小相對(duì)濕度為4%。測(cè)試期間平均室外溫度為1.13 ℃,平均室外相對(duì)濕度為33.96%。

圖4 測(cè)試期間室外溫度隨時(shí)間的變化

圖5 測(cè)試期間室外相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化

4.2 供暖房間室內(nèi)溫濕度

測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化見圖6。由圖6可知，測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)溫度波動(dòng)明顯，最高室內(nèi)溫度為20.39 ℃，最低室內(nèi)溫度為6.98 ℃。室內(nèi)溫度高于15 ℃的時(shí)間占測(cè)試時(shí)間的42.32%，占電散熱器開啟時(shí)間的53.82%。供暖房間室內(nèi)溫度主要受測(cè)試期間用戶自行調(diào)節(jié)電散熱器啟閉的影響。在12—13日、21—27日，供暖房間室內(nèi)溫度下降明顯，這是由于以上2個(gè)時(shí)間電散熱器關(guān)閉比較頻繁。電散熱器最長(zhǎng)連續(xù)開啟時(shí)間在13日9:00至21日20:00，最高室內(nèi)溫度為20.39 ℃，最低室內(nèi)溫度為10.93 ℃，平均室內(nèi)溫度為15.20 ℃。測(cè)試期間供暖房間平均室內(nèi)溫度為14.21 ℃。

圖6 測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化

測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化見圖7。由圖7可知，測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度比較低。測(cè)試期間供暖房間平均室內(nèi)相對(duì)濕度為25.92%。

圖7 測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化

4.3 非供暖房間室內(nèi)溫濕度

測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化見圖8。由圖8可知，測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)溫度變化范圍為0.04～13.15 ℃。由于未配置供暖裝置，非供暖房間室內(nèi)溫度主要受室外溫度、太陽輻射以及相鄰供暖房間室內(nèi)溫度影響。測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化見圖9。由圖9可知，非供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度變化范圍為23%～54%，空氣濕潤(rùn)程度優(yōu)于供暖房間。測(cè)試期間非供暖房間平均室內(nèi)溫度為5.84 ℃，平均室內(nèi)相對(duì)濕度為37.68%。

圖8 測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化

圖9 測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化

4.4 電散熱器耗電量

由測(cè)試結(jié)果可知，測(cè)試期間電散熱器耗電量為331.4 kW·h。保定地區(qū)居民平均電價(jià)取0.46 元/(kW·h)，由此可計(jì)算得到測(cè)試期間電散熱器電費(fèi)為152.44 元。供暖時(shí)間按20 d計(jì)算，折合平均日電費(fèi)為7.62 元/d，基本不會(huì)對(duì)農(nóng)村用戶形成經(jīng)濟(jì)壓力。

5 結(jié)論

① 測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)溫度波動(dòng)明顯，最高室內(nèi)溫度為20.39 ℃，最低室內(nèi)溫度為6.98 ℃。供暖房間室內(nèi)溫度主要受用戶自行調(diào)節(jié)電散熱器啟閉的影響。測(cè)試期間供暖房間室內(nèi)相對(duì)濕度比較低。

② 測(cè)試期間非供暖房間室內(nèi)溫度變化范圍為0.04～13.15 ℃，室內(nèi)相對(duì)濕度變化范圍為23%～54%，空氣濕潤(rùn)程度優(yōu)于供暖房間。

③ 測(cè)試期間電散熱器耗電量為331.4 kW·h，平均日電費(fèi)為7.62 元/d，基本不會(huì)對(duì)農(nóng)村用戶形成經(jīng)濟(jì)壓力。