冬季室內智能供暖系統

張澤鵬，陳昭亮，尋天柱

（武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430000）

傳統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，使用不當對用戶直接造成不可挽回的損失?；诖?，本項目設計了一套利用石蠟相變潛熱作為熱源供熱的系統，可有效緩解因冬季采暖燃煤所造成的能源浪費、大氣污染等問題。

1 系統方案設計

1.1 石蠟相變潛熱儲能供暖原理

系統結構分為平板集熱器、導氣管道及軸流風機三部分。每塊平板集熱器預留有一進一出2個氣口，2個氣口與埋在平板集熱器內部石蠟中的銅制導氣管連接。進氣口由2個單向閥組成直接暴露在空氣中，出氣口內置電控閥門并由保溫導管與室內的軸流風機連接起來。軸流風機工作可將空氣由平板集熱器進氣口吸入系統，經銅制導氣管、保溫導管及軸流風機到達室內。裝置在白天通過集熱器將太陽輻射的熱能收集，收集的熱量通過石蠟相變儲存。開始供熱時，軸流風機工作將空氣通過銅管吸入室內。

1.2 平板太陽能集熱器的設計

新型的平板型集熱器由保溫層、透明蓋板、集熱板、金屬導熱柵板、內外框組成。內、外框之間填充的是隔熱性能良好的巖棉材料。銅制導氣管鋪設在內框內部由金屬導熱柵板固定，固定后框內用石蠟填充，石蠟與金屬導熱柵板和銅制導氣管充分接觸。柵板上覆蓋V形集熱板，集熱板可將收集的熱量通過金屬導熱柵板傳遞給石蠟。同時，為了增強集熱器的隔熱性能，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。集熱板通過被太陽光照射，吸收太陽熱輻射集聚太陽能，并將收集的太陽能傳導到石蠟中進行儲能。同時，集熱板被太陽光照射的一面通過鍍鉻增大對太陽能的吸收效率；通過將集熱板設計成V形的結構，增大太陽光照射的面積，使集熱效率更高。

圖1 平板集熱器構造圖

1.2.2 導熱柵板與石蠟層

集熱板與內框之間的部分有導熱柵板和石蠟填充層，石蠟填充層能夠將太陽能集熱板收集的能量進行儲存。同時，考慮到石蠟的熱導性能不佳，采用金屬導熱柵板。在金屬柵板的內部填充石蠟，使石蠟鑲嵌在金屬柵板分隔出的每個小網格中，增大石蠟與金屬板的接觸面積，增強裝置內部的導熱性能，解決了石蠟受熱不均的問題。

1.2.3 導氣管

導氣管中的空氣需要利用石蠟相變的儲能進行加熱，因此，導氣管的設計是埋在石蠟層中，且穿過金屬柵板的隔層的。導氣管用銅制成，通過金屬板對石蠟相變儲熱的傳導，充分均勻加熱導氣管中的空氣。根據石蠟層的厚度可鋪設2層銅制導氣管，既能充分利用熱能，也能夠增大加熱的效率。

1.3 空氣吸收運輸模塊

在室內暖風進口處設置小功率軸流風機，通過軸流風機抽風將經集熱器加熱后的空氣抽進室內。集熱板進氣口的2個簡易單向閥一個為正向，另一個為反向，其中，正向單向閥僅允許空氣進入系統，反向單向閥僅允許集熱器內部空氣排出。供暖時軸流風機抽風使得通風管內形成負壓，正向單向閥打開冷空氣自行進入集熱器中進行加熱。充分加熱后的空氣由軸流風機通入室內對室內空氣進行加熱。在集熱板出氣口處裝有電控閥門，室內溫度傳感器檢測到溫度過高時，電控閥門和軸流風機同時關閉，裝置停止供熱。

控制模塊由室內的溫度傳感器、集熱器出氣口的內置電控閥門等組成，系統供暖時溫度傳感器對室內溫度實時監控。當溫度達到預設高溫度（23℃）時，軸流風機停止工作，集熱板出口處的電控閥門關閉，系統停止供暖。此時，埋在石蠟中的銅制導氣管內部空氣繼續受熱，氣體體積膨脹并壓迫進氣口處的反向單向閥，反向單向閥受壓打開，多余氣體排出裝置。當室內溫度低于預設低溫度（18℃）時，軸流風機開始工作，系統正常供暖。

2 結束語

項目使用了相變潛熱儲能技術，整體裝置簡單、維護方便、綠色環保，基本做到了零污染、零排放，既能對工廠、家居生活等進行供暖，也能解決農村由于電網不完善而導致的供暖缺陷、溫室大棚供暖成本高等問題。在此基礎上，還可以考慮將其與太陽能熱水器結合，給水的加熱提供熱源。綜上所述，本裝置具有適應性良好、能耗低、綠色環保等優點，適合大范圍推廣使用。

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