農(nóng)村太陽能自動控溫采暖裝置

隋 緣

(天津師范大學(xué) 電子與通信工程學(xué)院，天津 300384)

1 引言

張雙奇博士[1]調(diào)研得到2014 年北方15 省(直轄市)農(nóng)村地區(qū)采暖散煤消耗量1.1036×108t，燃煤取暖造成大量的SO2、NOx、CO、PM2.5、CO2，其排放量分別為41.43×104t、35.24×104t、787.27×104t、81.20×104t、32318.00×104t，其中：北京、天津、河北、山西等2014年散煤消耗量分別為527.8×104t、87.2×104t、1362.4×104t、2061.6×104t。近年來，每到冬季采暖季節(jié)，讓人們深惡痛絕的霧霾頻發(fā)，在綠色環(huán)保的市場企盼及國家政策引導(dǎo)下，核能供暖、中深層地熱、工業(yè)余熱、熱泵供暖、沼氣供暖、生物質(zhì)熱風供暖、礦井水供暖等綠色供暖技術(shù)和清潔供暖技術(shù)迅速涌入市場[2]，但這些供暖方式在農(nóng)村地區(qū)基本無法實現(xiàn)。在農(nóng)村地區(qū)實行煤改氣、煤改電的采暖工程，可以起到降低環(huán)境污染的作用。電熱瓷磚、電熱膜、發(fā)熱電纜、環(huán)流散熱器、電鍋爐及地源熱泵等電采暖方式，投資和運行成本較高[3]；天然氣采暖的壁掛爐農(nóng)村居民對其選型不了解，同時，還存在“氣荒”無法取暖的風險[4,5]。張婭玲等[6]提出了太陽能熱泵雙源復(fù)合供暖系統(tǒng)；藺瑞山等[7]設(shè)計了“熱管式真空管集熱器、相變材料和水”組成的相變儲熱太陽能采暖裝置；牛高云等[8]進行了槽式太陽能與電鍋爐互補采暖系統(tǒng)設(shè)計；任洪國等[9]提出了嚴寒地區(qū)太陽能光熱-光電集成采暖系統(tǒng)設(shè)計；李金平等[10]設(shè)計了甘南臧區(qū)被動式陽光間和太陽能集熱器循環(huán)加熱采暖系統(tǒng)；這些采暖系統(tǒng)在北方地區(qū)均發(fā)揮了重要作用，但大多數(shù)是針對城鎮(zhèn)集中供暖，對農(nóng)村居住比較松散地區(qū)適應(yīng)性存在一定的缺陷。筆者針對農(nóng)村地區(qū)多數(shù)家庭房屋密閉性差、分散的居住特點，設(shè)計了以家庭為單元的太陽能與管道電磁加熱自動控溫采暖裝置，達到了既滿足采暖的需要，又節(jié)約采暖費用的目的。

2 太陽能自動控溫采暖裝置工作原理

采暖時，起動采暖系統(tǒng)中的管道泵，使太陽能熱水器中的熱水進行循環(huán)，當熱水溫度低于設(shè)定的閾值時，通過溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)啟動管道電磁加熱器對管道熱水進行加熱，當熱水溫度高于設(shè)定的閾值時，通過溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)關(guān)閉管道電磁加熱器。

3 太陽能自動控溫采暖裝置所用材料

外徑21.25 mm、內(nèi)徑15 mm的鍍鋅鋼管；CS-19H16疏水閥；德魯普DS15/6熱水循環(huán)屏蔽泵；睿控RUIKONG電熱產(chǎn)品管道加熱器；Q11F-16P/R手動內(nèi)螺紋浮動直通流量軟密封不銹鋼(304、316)兩片式球閥，溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)；溫度傳感器；暖氣散熱器。

4 太陽能自動控溫采暖裝置構(gòu)成

太陽能自動控溫采暖裝置組成分為加熱系統(tǒng)、管輸系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)包括太陽能加熱器和管道電磁加熱器；管輸系統(tǒng)包括管道、疏水器、閥門；溫控系統(tǒng)包括溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)、溫度傳感器、導(dǎo)線、220 V兩相交流電源；散熱系統(tǒng)為所需的暖器散熱器。各組件的安裝次序如圖1所示。

1-太陽能熱水器；2、4、6、8、14、16、18、20-管道；3、17-閥門；5-第一疏水器；7-管道泵；9-管道電磁加熱器；10-溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)；11-溫度傳感器；12-導(dǎo)線；13-220V兩相交流電源；15-暖氣散熱器；19-第二疏水器

圖1太陽能自動控溫采暖裝置示意

使用時先打開第一閥門3、第二閥門17，啟動管道泵7，并使電磁加熱器9處于工作狀態(tài)，然后在溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)10設(shè)置所需室內(nèi)溫度并啟動溫度傳感器11，當室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時，電磁加熱器9處于加熱狀態(tài)，當室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時電磁加熱器9停止加熱。

5 應(yīng)用情況

農(nóng)村太陽能自動控溫采暖裝置用太陽能和管道電磁加熱裝置配合進行農(nóng)村居民采暖，在農(nóng)村150余戶應(yīng)用后達到既滿足采暖的需要，又節(jié)約采暖費用的目的；同時熱水器里面的水還可用于洗臉洗腳等其他用途。一個采暖周期的采暖費用僅為800元左右，遠遠低于燃氣采暖(3000元左右)、電熱采暖(4000元左右)的費用。

6 結(jié)論

農(nóng)村太陽能自動控溫采暖裝置原料的購買方便、改造安裝簡單，采暖、節(jié)能效果明顯，具有很好的推廣應(yīng)用價值。