農(nóng)村太陽能自動(dòng)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(chǎng)企盼及國家政策引導(dǎo)下，核能供暖、中深層地?zé)帷⒐I(yè)余熱、熱泵供暖、沼氣供暖、生物質(zhì)熱風(fēng)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(chǎng)[2]，但這些供暖方式在農(nóng)村地區(qū)基本無法實(shí)現(xiàn)。在農(nóng)村地區(qū)實(shí)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(yùn)行成本較高[3]；天然氣采暖的壁掛爐農(nóng)村居民對(duì)其選型不了解，同時(shí)，還存在“氣荒”無法取暖的風(fēng)險(xiǎn)[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(jì)了“熱管式真空管集熱器、相變材料和水”組成的相變儲(chǔ)熱太陽能采暖裝置；牛高云等[8]進(jìn)行了槽式太陽能與電鍋爐互補(bǔ)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)；任洪國等[9]提出了嚴(yán)寒地區(qū)太陽能光熱-光電集成采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)；李金平等[10]設(shè)計(jì)了甘南臧區(qū)被動(dòng)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(duì)城鎮(zhèn)集中供暖，對(duì)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(duì)農(nóng)村地區(qū)多數(shù)家庭房屋密閉性差、分散的居住特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以家庭為單元的太陽能與管道電磁加熱自動(dòng)控溫采暖裝置，達(dá)到了既滿足采暖的需要，又節(jié)約采暖費(fèi)用的目的。

2 太陽能自動(dòng)控溫采暖裝置工作原理

采暖時(shí)，起動(dòng)采暖系統(tǒng)中的管道泵，使太陽能熱水器中的熱水進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)熱水溫度低于設(shè)定的閾值時(shí)，通過溫度傳感器感應(yīng)開關(guān)啟動(dòng)管道電磁加熱器對(duì)管道熱水進(jìn)行加熱，當(dāng)熱水溫度高于設(shè)定的閾值時(shí)，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(dòng)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(dòng)內(nèi)螺紋浮動(dòng)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(dòng)控溫采暖裝置構(gòu)成

太陽能自動(dòng)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(dòng)控溫采暖裝置示意

使用時(shí)先打開第一閥門3、第二閥門17，啟動(dòng)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(dòng)溫度傳感器11，當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，電磁加熱器9處于加熱狀態(tài)，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)電磁加熱器9停止加熱。

5 應(yīng)用情況

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

6 結(jié)論

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