太阳能蓄热式电暖器技术

罗玉连，赵前程，战洪仁，朱京京，薛 鹏，崔乐欣

(沈阳化工大学，辽宁 沈阳 110000)

1 概述

当今世界，全球正处在一个高速发展的阶段，世界各地对能源的开发利用也逐渐频繁，造成能源消耗日趋增加，同时也给环境造成了极大的破坏。然而地球上可直接利用的能源却供不应求，尤其是不可再生的能源即将面临枯竭，人们急需更长久、更耐用、更环保的能源出现来解决这一难题。因此，近些年来人们对新能源的关注度越来越高，随之对新能源的开发利用也慢慢步入一个新的阶段。而在新能源的开发利用中，太阳能作为最广泛最实用的一种能源逐渐步入人们的视野里。

太阳能通俗的来讲就是太阳光的辐射能量，而对于太阳光的利用，人们多注重于它所带给我们的“热”，早在公元前九世纪我们中国人就开始用“阳燧(凹面镜)”聚光取火，到了1767年瑞士的科学家贺瑞斯发明了第一台太阳能集热器，21世纪到来后，中国光热市场居全球首位，人们对于太阳能蓄热技术的掌握越来越熟练也越来越高效。

太阳能作为首位的新能源，其产生的能量是巨大的，太阳释放的能量只有20亿分之一到达了地球，在经过大气层的反射吸收后，其每秒所能达到的能量却相当于燃烧50万吨煤所产生的能量，而对于对现阶段煤等不可再生能源的过度利用，许多地区已经出现供暖不足等情况，人们利用电能的同时却也发现其对经济的巨大消耗，所以我们需要更好的利用其他能源所代替。作为当今最有潜力的太阳能与用途最广泛的清洁能源电能，它们二者的结合将会大大改变现有的供暖局势。

2 供暖现状

现阶段供热主要分为两种形式，集中供热和分散供热。常见的集中供热方式有：二热、联片供热、区域燃煤锅炉、燃气锅炉、工业余热利用和生物质供热等;分散供热方式有:小锅炉,热泵等。在众多供热方式里，锅炉是最主要的一种供暖方式，然而采用锅炉进行供热却有很多的弊端，锅炉房不仅占地，更主要的是在使用的过程中会产生大量的二氧化碳和二氧化硫，而这两者是造成温室效应和酸雨的罪魁祸首，给环境带来极大的污染，部分锅炉房会建立脱硫塔以此来减少对环境的污染，但仍然有部分二氧化硫进入大气。实际上不仅提高了供暖成本，而且也并没有达到百分百的脱硫，这是给环境带来的影响；在用户方面也存在很多问题，一是部分地区暖气管道、暖气片老化堵塞，供暖温度无法达标；二是暖气费收缴困难，欠费造成供热单位强制性停止供暖；三是整个供暖运行成本过高，供暖公司无法支付有关费用，停止供暖；四是用户无法直接独立控制暖气的情况；这些都是导致用户的供暖体验不是很好的因素。早在2013年【国发﹝2013﹞37号】《大气污染防治行动计划》文件里就颁布了加强工业大气污染综合治理。全面整治燃煤小锅炉，加快推进集中供热“煤改气”、“煤改电”工程建设，到2017年，除必要保留的以外，地级及以上城市建成区基本淘汰每小时10吨蒸汽及以下的燃煤锅炉，禁止新建每小时20吨蒸汽以下的燃煤锅炉；其他地区在原则上不再新建每小时10吨蒸汽以下的燃煤锅炉。当前供暖行业也正面临着三大挑战，一是全球变暖加剧，对产品的环保性要求越来越高，供暖企业需谋求新发展；二是能源紧张，化石燃料成本居高不下，供暖企业需要寻找新的能源；三是劳动力促使供热人工成本剧增，增加企业负担，供热企业需改变新的管理方式。结合供暖现状、相关政策、民生情况以及供暖行业的三大挑战，太阳能蓄热式电暖器应运而生。

3 太阳能蓄热式电暖器的原理和性能特点

3.1 原理

太阳能蓄热式电暖器在白天直接利用太阳能进行加热；夜间时蓄热体利用白天储存的热量进行续放热，使能量利用率达到最大化，热量不足够时采用电能持续加热，保证24小时持续放热，保障良好的供暖效果。

本文介绍的太阳能蓄热式电暖器以太阳能板转化的电能为电源，以热管为加热元件，以蓄热体为蓄热介质。蓄热体采用蜂窝状最大限度增加蓄热表面积，蓄热和放热同时进行，无有害气体放出。

3.2 性能特点

(1)以太阳能转换的电能为电源，且白天几乎不用电，夜间使用电能也是低谷用电，大大降低了对电的使用，减少电费，并且整个供暖运行过程无污染产生，非常环保。

(2)热管与蓄热体镶嵌式贴合的设计(见图1)，确保了传热和蓄热的最高效率，热管工作时，热管表面最高温度可达250℃，蓄热体能够储存足够的热量，严格的控温确保24小时室内处于恒温状态16～25℃，体验舒适的温度。

图1 镶嵌式热管与蓄热体

(3)自动开关和控温阀相配合，安全自主在太阳能供电与电源间转换(见图2)，更好的节约电能，控温阀更会在箱体外壳温度到达40 ℃时自动断掉整个太阳能蓄热式电暖器的电源，确保住户的人身安全，当住户有事外出几个小时时不用担心暖器发上意外。

图2 太阳能供电与电源间的转换

(4)外观整洁大方，外形呈长方体状且整个暖器占地面积小，便于安放；箱体自带把手，移动方便，可选择在日照较多的地方安放，蓄热体外层有保温层(见图3)。

图3 蓄热体外层的保温材料

3.4 同类型电暖器比较

30m2的同类型电暖器比较见表1。

表1 30m2的同类型电暖器比较

现在传统的家用价格低的小牌电暖器会出现功率不足，加热范围小，加热时间长，产热不达标，而且还会有一定的安全隐患等问题；而那些大牌的电暖器往往会用一些更昂贵的材料去提高成本进而赚取更多的利润，有些额外的东西对于普通老百姓来说是不必要的，而且这对于我们大部分消费者是负担不起的。

相比于现在传统的家用电暖器，我们的以太阳能为能源的新型电暖器更加的环保节能，当天气好时可以直接采用太阳能来蓄热，而在阴天时又可以(利用蓄电池中储存的电能)采用接通电源的方式来继续供热，大大改善了用户对与用电方面的担忧。其次太阳能电暖器相较于其他传统电暖器拥有能高效的发热效率还拥有更低的价格，同时也避免了箱体过热等安全隐患。

4 结论

虽然现在市场中有很多不同类型的电暖器供大众选择，但是大多都是以电能为主，供暖本就要求24小时持续供暖，尤其在寒冷地区对供暖效果的要求更高，如果住户都选择以电能为主的电暖器，这将给地区电网和国家电网带来压力；部分集中供热(锅炉房)被淘汰了，但仍有集中供热存在，不仅供暖效果不理想，更重要的是给环境带来极大的污染的同时也会消耗更多的化石燃料和不可再生的煤资源。而太阳能蓄热式电暖器不仅利用电能少，在低谷用电，为地区和国家电网减少压力，而且采用太阳能发电环保无污染，太阳能长久且清洁，减少对不可资源的使用，由此可见，太阳能蓄热式电暖器的发展前景很可观。