冬季室内智能供暖系统

张泽鹏，陈昭亮，寻天柱

（武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430000）

传统采暖方式直接或间接地排放污染物，消耗了大量的不可再生资源，且存在一定的安全隐患，使用不当对用户直接造成不可挽回的损失。基于此，本项目设计了一套利用石蜡相变潜热作为热源供热的系统，可有效缓解因冬季采暖燃煤所造成的能源浪费、大气污染等问题。

1 系统方案设计

1.1 石蜡相变潜热储能供暖原理

系统结构分为平板集热器、导气管道及轴流风机三部分。每块平板集热器预留有一进一出2个气口，2个气口与埋在平板集热器内部石蜡中的铜制导气管连接。进气口由2个单向阀组成直接暴露在空气中，出气口内置电控阀门并由保温导管与室内的轴流风机连接起来。轴流风机工作可将空气由平板集热器进气口吸入系统，经铜制导气管、保温导管及轴流风机到达室内。装置在白天通过集热器将太阳辐射的热能收集，收集的热量通过石蜡相变储存。开始供热时，轴流风机工作将空气通过铜管吸入室内。

1.2 平板太阳能集热器的设计

新型的平板型集热器由保温层、透明盖板、集热板、金属导热栅板、内外框组成。内、外框之间填充的是隔热性能良好的岩棉材料。铜制导气管铺设在内框内部由金属导热栅板固定，固定后框内用石蜡填充，石蜡与金属导热栅板和铜制导气管充分接触。栅板上覆盖V形集热板，集热板可将收集的热量通过金属导热栅板传递给石蜡。同时，为了增强集热器的隔热性能，在V形集热板上加盖玻璃板，将玻璃盖板与V形集热板中间部分抽为真空以减小热损耗。

1.2.1 V形集热板

玻璃盖板和石蜡层之间部分为V形集热板。集热板通过被太阳光照射，吸收太阳热辐射集聚太阳能，并将收集的太阳能传导到石蜡中进行储能。同时，集热板被太阳光照射的一面通过镀铬增大对太阳能的吸收效率；通过将集热板设计成V形的结构，增大太阳光照射的面积，使集热效率更高。

图1 平板集热器构造图

1.2.2 导热栅板与石蜡层

集热板与内框之间的部分有导热栅板和石蜡填充层，石蜡填充层能够将太阳能集热板收集的能量进行储存。同时，考虑到石蜡的热导性能不佳，采用金属导热栅板。在金属栅板的内部填充石蜡，使石蜡镶嵌在金属栅板分隔出的每个小网格中，增大石蜡与金属板的接触面积，增强装置内部的导热性能，解决了石蜡受热不均的问题。

1.2.3 导气管

导气管中的空气需要利用石蜡相变的储能进行加热，因此，导气管的设计是埋在石蜡层中，且穿过金属栅板的隔层的。导气管用铜制成，通过金属板对石蜡相变储热的传导，充分均匀加热导气管中的空气。根据石蜡层的厚度可铺设2层铜制导气管，既能充分利用热能，也能够增大加热的效率。

1.3 空气吸收运输模块

在室内暖风进口处设置小功率轴流风机，通过轴流风机抽风将经集热器加热后的空气抽进室内。集热板进气口的2个简易单向阀一个为正向，另一个为反向，其中，正向单向阀仅允许空气进入系统，反向单向阀仅允许集热器内部空气排出。供暖时轴流风机抽风使得通风管内形成负压，正向单向阀打开冷空气自行进入集热器中进行加热。充分加热后的空气由轴流风机通入室内对室内空气进行加热。在集热板出气口处装有电控阀门，室内温度传感器检测到温度过高时，电控阀门和轴流风机同时关闭，装置停止供热。

控制模块由室内的温度传感器、集热器出气口的内置电控阀门等组成，系统供暖时温度传感器对室内温度实时监控。当温度达到预设高温度（23℃）时，轴流风机停止工作，集热板出口处的电控阀门关闭，系统停止供暖。此时，埋在石蜡中的铜制导气管内部空气继续受热，气体体积膨胀并压迫进气口处的反向单向阀，反向单向阀受压打开，多余气体排出装置。当室内温度低于预设低温度（18℃）时，轴流风机开始工作，系统正常供暖。

2 结束语

项目使用了相变潜热储能技术，整体装置简单、维护方便、绿色环保，基本做到了零污染、零排放，既能对工厂、家居生活等进行供暖，也能解决农村由于电网不完善而导致的供暖缺陷、温室大棚供暖成本高等问题。在此基础上，还可以考虑将其与太阳能热水器结合，给水的加热提供热源。综上所述，本装置具有适应性良好、能耗低、绿色环保等优点，适合大范围推广使用。

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