太陽能蓄熱式電暖器技術(shù)

羅玉連，趙前程，戰(zhàn)洪仁，朱京京，薛 鵬，崔樂欣

(沈陽化工大學(xué)，遼寧 沈陽 110000)

1 概述

當(dāng)今世界，全球正處在一個高速發(fā)展的階段，世界各地對能源的開發(fā)利用也逐漸頻繁，造成能源消耗日趨增加，同時也給環(huán)境造成了極大的破壞。然而地球上可直接利用的能源卻供不應(yīng)求，尤其是不可再生的能源即將面臨枯竭，人們急需更長久、更耐用、更環(huán)保的能源出現(xiàn)來解決這一難題。因此，近些年來人們對新能源的關(guān)注度越來越高，隨之對新能源的開發(fā)利用也慢慢步入一個新的階段。而在新能源的開發(fā)利用中，太陽能作為最廣泛最實用的一種能源逐漸步入人們的視野里。

太陽能通俗的來講就是太陽光的輻射能量，而對于太陽光的利用，人們多注重于它所帶給我們的“熱”，早在公元前九世紀我們中國人就開始用“陽燧(凹面鏡)”聚光取火，到了1767年瑞士的科學(xué)家賀瑞斯發(fā)明了第一臺太陽能集熱器，21世紀到來后，中國光熱市場居全球首位，人們對于太陽能蓄熱技術(shù)的掌握越來越熟練也越來越高效。

太陽能作為首位的新能源，其產(chǎn)生的能量是巨大的，太陽釋放的能量只有20億分之一到達了地球，在經(jīng)過大氣層的反射吸收后，其每秒所能達到的能量卻相當(dāng)于燃燒50萬噸煤所產(chǎn)生的能量，而對于對現(xiàn)階段煤等不可再生能源的過度利用，許多地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)供暖不足等情況，人們利用電能的同時卻也發(fā)現(xiàn)其對經(jīng)濟的巨大消耗，所以我們需要更好的利用其他能源所代替。作為當(dāng)今最有潛力的太陽能與用途最廣泛的清潔能源電能，它們二者的結(jié)合將會大大改變現(xiàn)有的供暖局勢。

2 供暖現(xiàn)狀

現(xiàn)階段供熱主要分為兩種形式，集中供熱和分散供熱。常見的集中供熱方式有：二熱、聯(lián)片供熱、區(qū)域燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、工業(yè)余熱利用和生物質(zhì)供熱等;分散供熱方式有:小鍋爐,熱泵等。在眾多供熱方式里，鍋爐是最主要的一種供暖方式，然而采用鍋爐進行供熱卻有很多的弊端，鍋爐房不僅占地，更主要的是在使用的過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳和二氧化硫，而這兩者是造成溫室效應(yīng)和酸雨的罪魁禍首，給環(huán)境帶來極大的污染，部分鍋爐房會建立脫硫塔以此來減少對環(huán)境的污染，但仍然有部分二氧化硫進入大氣。實際上不僅提高了供暖成本，而且也并沒有達到百分百的脫硫，這是給環(huán)境帶來的影響；在用戶方面也存在很多問題，一是部分地區(qū)暖氣管道、暖氣片老化堵塞，供暖溫度無法達標；二是暖氣費收繳困難，欠費造成供熱單位強制性停止供暖；三是整個供暖運行成本過高，供暖公司無法支付有關(guān)費用，停止供暖；四是用戶無法直接獨立控制暖氣的情況；這些都是導(dǎo)致用戶的供暖體驗不是很好的因素。早在2013年【國發(fā)﹝2013﹞37號】《大氣污染防治行動計劃》文件里就頒布了加強工業(yè)大氣污染綜合治理。全面整治燃煤小鍋爐，加快推進集中供熱“煤改氣”、“煤改電”工程建設(shè)，到2017年，除必要保留的以外，地級及以上城市建成區(qū)基本淘汰每小時10噸蒸汽及以下的燃煤鍋爐，禁止新建每小時20噸蒸汽以下的燃煤鍋爐；其他地區(qū)在原則上不再新建每小時10噸蒸汽以下的燃煤鍋爐。當(dāng)前供暖行業(yè)也正面臨著三大挑戰(zhàn)，一是全球變暖加劇，對產(chǎn)品的環(huán)保性要求越來越高，供暖企業(yè)需謀求新發(fā)展；二是能源緊張，化石燃料成本居高不下，供暖企業(yè)需要尋找新的能源；三是勞動力促使供熱人工成本劇增，增加企業(yè)負擔(dān)，供熱企業(yè)需改變新的管理方式。結(jié)合供暖現(xiàn)狀、相關(guān)政策、民生情況以及供暖行業(yè)的三大挑戰(zhàn)，太陽能蓄熱式電暖器應(yīng)運而生。

3 太陽能蓄熱式電暖器的原理和性能特點

3.1 原理

太陽能蓄熱式電暖器在白天直接利用太陽能進行加熱；夜間時蓄熱體利用白天儲存的熱量進行續(xù)放熱，使能量利用率達到最大化，熱量不足夠時采用電能持續(xù)加熱，保證24小時持續(xù)放熱，保障良好的供暖效果。

本文介紹的太陽能蓄熱式電暖器以太陽能板轉(zhuǎn)化的電能為電源，以熱管為加熱元件，以蓄熱體為蓄熱介質(zhì)。蓄熱體采用蜂窩狀最大限度增加蓄熱表面積，蓄熱和放熱同時進行，無有害氣體放出。

3.2 性能特點

(1)以太陽能轉(zhuǎn)換的電能為電源，且白天幾乎不用電，夜間使用電能也是低谷用電，大大降低了對電的使用，減少電費，并且整個供暖運行過程無污染產(chǎn)生，非常環(huán)保。

(2)熱管與蓄熱體鑲嵌式貼合的設(shè)計(見圖1)，確保了傳熱和蓄熱的最高效率，熱管工作時，熱管表面最高溫度可達250℃，蓄熱體能夠儲存足夠的熱量，嚴格的控溫確保24小時室內(nèi)處于恒溫狀態(tài)16～25℃，體驗舒適的溫度。

圖1 鑲嵌式熱管與蓄熱體

(3)自動開關(guān)和控溫閥相配合，安全自主在太陽能供電與電源間轉(zhuǎn)換(見圖2)，更好的節(jié)約電能，控溫閥更會在箱體外殼溫度到達40 ℃時自動斷掉整個太陽能蓄熱式電暖器的電源，確保住戶的人身安全，當(dāng)住戶有事外出幾個小時時不用擔(dān)心暖器發(fā)上意外。

圖2 太陽能供電與電源間的轉(zhuǎn)換

(4)外觀整潔大方，外形呈長方體狀且整個暖器占地面積小，便于安放；箱體自帶把手，移動方便，可選擇在日照較多的地方安放，蓄熱體外層有保溫層(見圖3)。

圖3 蓄熱體外層的保溫材料

3.4 同類型電暖器比較

30m2的同類型電暖器比較見表1。

表1 30m2的同類型電暖器比較

現(xiàn)在傳統(tǒng)的家用價格低的小牌電暖器會出現(xiàn)功率不足，加熱范圍小，加熱時間長，產(chǎn)熱不達標，而且還會有一定的安全隱患等問題；而那些大牌的電暖器往往會用一些更昂貴的材料去提高成本進而賺取更多的利潤，有些額外的東西對于普通老百姓來說是不必要的，而且這對于我們大部分消費者是負擔(dān)不起的。

相比于現(xiàn)在傳統(tǒng)的家用電暖器，我們的以太陽能為能源的新型電暖器更加的環(huán)保節(jié)能，當(dāng)天氣好時可以直接采用太陽能來蓄熱，而在陰天時又可以(利用蓄電池中儲存的電能)采用接通電源的方式來繼續(xù)供熱，大大改善了用戶對與用電方面的擔(dān)憂。其次太陽能電暖器相較于其他傳統(tǒng)電暖器擁有能高效的發(fā)熱效率還擁有更低的價格，同時也避免了箱體過熱等安全隱患。

4 結(jié)論

雖然現(xiàn)在市場中有很多不同類型的電暖器供大眾選擇，但是大多都是以電能為主，供暖本就要求24小時持續(xù)供暖，尤其在寒冷地區(qū)對供暖效果的要求更高，如果住戶都選擇以電能為主的電暖器，這將給地區(qū)電網(wǎng)和國家電網(wǎng)帶來壓力；部分集中供熱(鍋爐房)被淘汰了，但仍有集中供熱存在，不僅供暖效果不理想，更重要的是給環(huán)境帶來極大的污染的同時也會消耗更多的化石燃料和不可再生的煤資源。而太陽能蓄熱式電暖器不僅利用電能少，在低谷用電，為地區(qū)和國家電網(wǎng)減少壓力，而且采用太陽能發(fā)電環(huán)保無污染，太陽能長久且清潔，減少對不可資源的使用，由此可見，太陽能蓄熱式電暖器的發(fā)展前景很可觀。