南方采暖新技术

1、青海师范大学暖心”门一一让南方的冬天不再寒冷系别：物理与电子信息工程学院专业：新能源科学与工程班级：14B学生姓名：张力学号：20141711228日期：2017年6月6日指导老师：袁娇目录一、引言1.二、研究背景1.2.1 南北冬季气温的差异1.2.1.1 纬度影响.1.2.1.2 地形影响2.2.2 取暖方式的差异2.三、产品介绍3.3.1 主要介绍4.3.2 、产品结构图4.3.2.1 碳纤维电热板.4.3.2.2 整体效果图5.3.3 技术水平5.3.3.1 触摸屏控制电路5.四、产品的设计选型7.4.1 碳纤维电热板7.4.1.1 碳纤维电热板的工作原理84.1.2 碳纤维电热板选型

2、1.0五、市场前景分析.115.1 空调采暖.115.2 地暖采暖1.25.3 暖气片采暖.135.4 碳纤维电热板采暖145.4.2碳纤维电热板性能特点15六、成本分析17七、应用范围Uii一、引言有一种冷，叫中国南方家里的冷，没体会过的人不会明了，南方取暖基本靠抖，室内室外温度一样，随着寒潮的到来全国都在冷风中夜变冬天幸运的是天寒地冻，大雪铺路的北方有暖气支撑。一扇玻璃能隔出室内室外冰火两重天南方就没有那么幸运了。近年来，大众家庭生活水平提高，不少家庭也有自家的取暖设备。目前在南方主要使用的取暖方式有家用空调、电暖气、暖风机、地暖、壁挂炉等，但都各有优缺点，在能保证提高室内温度的前提下，不

3、保证人体的舒适度。集合当前几种取暖设备的优点，推出新一款适合广大南方家庭使用的取暖设备一一暖心”门。二、研究背景2.1 南北冬季气温的差异2.1.1 纬度影响北方地区最先进入冬季，纬度越高，冬季就越漫长，具体说来，北方地区的昼夜长短变化更明显，白昼越来越短，而晚越来越长。昼夜温差也是越来越大，特别是晴天的时候。而相应的低纬度地区由于受来自西伯利亚的强冷空气影响较小，气温会高很多，也伴有不同程度的降水。我国南方地区由于靠近赤道，昼夜长短变化不如北方明显，昼夜温差也不如北方地区明显。对于北方地区而言，冷空气袭来时，气温骤降，伴随有强降水或降雪，当冷空气稳定下来之后，天气又是比较晴朗的，但是气温依然

4、较低。而南方不同，当冷空气已无力再南下时，天气转晴，气温骤然又升，犹如夏季。从同一纬度的几个城市进行比较，进一步说明我国冬季气候受哪些因素的影响。成都、武汉和上海，都是北纬30度附近的城市，同样受冷空气的影响，成都的气温会高于他两座城市，而上海的降水最多。很明显受经度地带性影响，上海的气候具有比较明显的海洋性特征。而成都的气温高于同纬度地区的原因还是因为盆地地形。2.1.2 地形影响由于受地形地势的影响，我国东部地区和西部地区的冬季气候也呈现出明显不同的特点，我国东部地区地形以平原丘陵为主，一旦冷空气南下，势如破竹，因此东部地区降温较快，中西部地区地形以山地高原为主，冷空气受阻挡不易南下，特别

5、是四JI盆地和青藏高原几乎不受冷空气的影响。四川盆地是由于山岭环绕，阻挡了冷空气的进入，而青藏高原则是因为海拔太高，冷空气影响不到。在多个地理因素（纬度、地形）的综合作用下，使得我国南北温差冬季比夏天大很多。2.2 取暖方式的差异中国的集中供暖制度始于20世纪的50年代，参照当时苏联的模式，初步建立了建筑供暖体系。根据前苏联的气候计算方法规定，室外温度5摄氏度以下定义为冬天。因此，只有累年日平均气温稳定低于或等于5c的日数大于或等于90天被界定为集中供暖的地区，主要包括华北、东北、西北等地区，传统意义上的中国南方”，是指我国秦岭上世纪50年代，由于当时能源奇缺”，周恩来亲自主导以秦岭、淮河为界

6、，划定北方为集中供暖区，南方不集中供暖，此即为南北供暖线如图1所示。从计划经济时代，北方城镇就确立了强制性的集中供暖制度，并在2003年以前都享受着单位包费，福利供热”的待遇，即使在启动供暖体制改革之后，北方居民依然能够享受到政府和单位所提供的供暖补助，能够安然地在18-20摄氏度的如春天般的暖室里度过漫长冬季。由于历史原因，将广大的中国南方地区硬性地规定为冬季供暖禁区工因而在很大程度上抑制了我国南方地区旺盛的城市供暖市场需求。往事不堪回首。当供暖突破禁区”之后，人们对于不断改善家居采暖环境，以及相应的生产力提高日趋强烈，现实几乎是应有尽有”地适应了市场迅速膨胀发展的强劲势头，从而极大地满足了

7、日益繁荣的市场需求。在2016年8月31至9月2日，针对中国南方地区分户采暖需要的专业展览会一一第五届ISHShanghai&CIHE上海供热展举行，也掀起了南方采暖的新一轮浪潮。同时，随着南方居民生活水平的提高，南方家庭的自主采暖近年来已经蔚然成风。这带来了一个冉冉升起的庞大市场。日速.6曜中慎区复宏迸行案中供配区载图1南北供暖线三、产品介绍3.1 主要介绍暖心”门主要是由碳纤维电热板、触摸显示器、APP手机软件等构成。在一般的门内安装上一级节能标准的碳纤维电热板，传热迅速，能在几分钟内达到设定温度，散热面积大，一块50cm*50cm的碳纤维电热板在20分钟内能提高1215m2空间内

8、的温度5度以上，高效的碳纤维电热板能更大程度的节省电费。利用电源加热碳纤维电热板，电热板温度上升至一定温度时，让附近的空气做布朗运动，均匀的向外辐射能量，即使长时间待在该环境下，也不会让人感受到皮肤干燥等不适症状。同时还将在门上安装一个电子触摸屏，每隔30min检测一次室内环境温度，将检测到的温度存储到自身存储器内也可以实时传输到手机APP中，通过在APP中提前设置设备开启时间、设定温度大小、开设时长等，当室内温度达到所设定值时，自动切断电源，减少能源浪费，即使用户在室外也可以操控设备，当你到达家里时已不再是零下几度的室外温度。不仅仅提高了自己的生活品质，也解决了自己家庭取暖的难题。本产品主要

9、的功能是用做家庭取暖，改变室内环境温度，让人们能更舒适的享受生活，主要针对的群体是南方广大家庭，每个家庭的门的大小都不一样，在设计时按照普遍家庭卧室门的标准设计，行业规定标准卧室门的宽80cm,高200cm。但对于非标准门，也可以按需定制碳纤维电热板加热器，使产品的使用范围更广，让每一个南方家庭都不再忍受寒冷的冬天。3.2 、产品结构图3.2.1 碳纤维电热板3.2.2整体效果图3.3技术水平3.3.1触摸屏控制电路*5MML雇1*&ST*DIMK-BUST¥-DOUTmdpirIN3VQCIMREF鸟将厘3DI为了让本产品加入智能家装的行列，本产品采用了基于51单片Cl#V

10、QCV*QHOC»-T10UTC2*R1INCJ-R10UTVVI|IMT2WTfllMR2lNRJOUT机的触摸屏控制器王诚成，应朝龙，周亮.基于51单片机的触摸屏控制器制作J.电子制作，2009(9):32-34.,该控制器采用ADS7843触摸屏驱动芯片，通过AT89C2051单片机编程产生驱动信号，并由串行通信对测量过程进行信息传递。触摸屏驱动电路设计中，应用了ADS7843芯片作为其中的驱动模块，它在控制器的作用下完成了触摸坐标信息采集及A/D转换，并将处理后的信息送到控制器中，实现了信息交互功能该触摸屏控制器设计具有系统精度高、体积小、结构简单、可控性高且软硬件系统成本预

11、算低廉等特点。因此适合家庭使用，操作简单,价格便宜质量可靠。四、产品的设计选型4.1碳纤维电热板碳纤维（carbonfiber,简称CF）,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比

12、热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。目前被广泛使用在各个方面：居室供暖：住宅、别墅、写字楼、酒店公寓；大型场馆：图书馆、展览室、会议厅、影剧院、幼儿园、娱乐场所、购物中心、银行、医院；特殊供暖：游泳馆、体育场馆、温室花房、停车场、候车室、路桥隧道、厂房仓库、机场、地面滑雪等。碳纤维产品在采暖方面的应用分了不少形式，比如短纤，短切纤维通常用在如碳晶"、地暖膜”等采暖产品上，石墨类产品在早起的采暖膜中应用比较广泛，膜类产品除了在采暖上有所应用，在热水器,工业设备恒温环境保障方面应用也是十分广泛。碳纤维

13、电热板为非金属的碳纤维发热材料，与高强度绝缘材料经高温高压密闭复合而成一种加热器件，如下图2所示。图2碳纤维电热板其主要技术参数:表面温度：<120°C功率：0.01w/Cm20.4w/Cm2耐压：>3750V厚度：0.3mm1mm规格：980m惨1980mm范围内可任选择防水等级：IP6级以上阻燃等级：UL94V0级使用寿命：30000小时以上4.1.1碳纤维电热板的工作原理热量传递有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。碳纤维电热板以热辐射方式为主，另外还有一部分是热传导的方式进行散热。碳纤维电热板通电后产生远红外线，将能量以此种方式在室内传递。另外，其本身也会产热，

14、因是平面状发热材料，与被加热体形成最大限度的导热面，热阻少，所以热可以不锈钢电热板迅速传给被加热体。并且由于这种加热方式热导性好，所以碳纤维电热板自身温度并不高。碳纤维远红外电热板工作时产生的远红外线能够以光的速度传播到人体，大部分被人体表面吸收，有少部分透射入人体内部再被吸收。辐射能的传播可以不依赖于空气介质，而和人体直接发生作用。而且空气的主要成分。2、N2几乎不吸收红外波段能量，空气只有在与热源和被加热体（人体）直接接触时，才能接收一些能量，因此辐射采暖消耗于空气的能量少，能量利用率高，采暖效果好。这种采暖方式与对流方式有着本质区别：对流采暖依赖于中间介质空气，靠近热的散热器表面的空气分

15、子吸收热量，温度升高，运动增强，在浮升力的作用下向空间的上部流动，从而驱使冷空气流向散热器。冷热空气如此往复流动，使房间活动区内空气温度最终达到要求。冷热空气流动的特点决定房间上部的空气温度始终比人所在的活动区温度高，增加了能量的浪费，导致对流采暖中能量利用率相对较低，采暖效果差。不同的采暖方式，人体及周围物体获得能量的方式也不同。人体吸收辐射热的性能很高，落在人体上的辐射热的97%可被吸收。在对流采暖中，主要以对流方式从被加热的空气中获得能量，因此室内的空气温度总是比周围物体温度高。而辐射采暖中，主要以辐射方式从辐射源直接获得能量，室内的空气温度总是比周围物体温度低。这也是辐射采暖节能的原因

16、所在。实验已经证明：辐射热条件下的室温16C,相当于1820c的对流环境，进而可以节省2030%的能源。碳纤维远红外电热板在工作时会发射出816pm的远红外线，使人体皮肤2mm深处的热点”传感器产生刺激，因而人体感到温暖。人体对热的感受和其所处周围环境及自身的散热方式有关。人体会向外发散辐射热，由于空气不是一个良好的吸热体，所以由人体辐射出来的热往往是到环境中的固体物上的，如冷的窗玻璃、墙壁等。辐射是人体重要散热方式之一，但当周围物体（墙壁等）的温度接近人体体温时，辐射散热就失去作用。因此在电热膜采暖的房间内，虽然室内空气温度不高，但人却不会感觉到冷，相反会觉得很舒服。4.1.2碳纤维电热板选

17、型本产品中的碳纤维电热板选择为韩国碳纤维电热膜电热板，具基本参数如下表2:表2韩国碳纤维电热膜电热板规格（宽度）：50cm、80cm、100cm厚度：0.4mm额定电压：220V额定功率：220W/平米半透明PET膜铜载流条宽度150mm银粒子图层宽度180mm韩国碳纤维电热膜电热板其基底材料为：聚酯薄腊；成分是：聚对苯二甲酸乙二醇酯；发热体材料为特殊配方的碳纤维油墨、银粒子等；载流条材料为：金属铜；将碳纤维油墨印刷在聚脂薄膜上，再将两层聚脂薄膜用特殊的热压工艺复合在一起，该产品是采用绝缘工艺10生产的，可在水中工作.发热区为并联线路。该产品是通过远红外线热辐射使周围密实物体（墙壁、地面、家具

18、等）首先吸收能量，温度升高，然后由这些物体散发辐射热来自然均匀地升高室内温度，全然没有传统采暖系统带来的干燥、闷热的感觉，室内温度保持均衡。远红外线热辐射电热板取代了以往通过电阻丝发热供暖的传统方式，安装条件也打破了仅限于木地板的限制，而可以兼容地板、瓷砖、水泥地面等地面材料，设计更为人性化。发热快、发热均匀，电热转化效率高达98%以上。发热快，通电10秒钟即热，五分钟达到设定的温度。温度上升速度比普通电暖器快5倍以上，安装于门内时，1小时左右可达设定温度。传热面积比电阻元件增加90%,散热面积是电阻丝的50倍以上。与市场上任何一种加热介质相比，同样效果节约能源约在15-50%。每千瓦时可发1

19、650大卡热量。平均节能40元，运行费用低。五、市场前景分析目前市场上针对南方家庭采暖最常用的取暖设备有壁挂炉、电暖器、空调、暖风机、地暖等。不管是在价格、效能、舒适度、时尚性等方面都存在不足。5.1 空调采暖空调采暖是指用冷暖空调采暖或者是中央空调采暖。主要常见于南方地区，而在北方地区应用较少。一是因为北方有集中供暖，二是因为北方冬天气温普遍较低，而空调在5摄氏度下制热能力就会大幅降低，因此也不大适用于北方地区。优势：可控性强，空调操作简单方便，启动升温速度快，且能够定时、定温，精确调节温度。止匕外，11不用的时候，可以将之关闭，非常灵活。劣势：费用较高，空调的初装费就比较高。而在后期采暖过

20、程中，耗电量较大，电费开支较大。舒适度低，由于空调是依靠热风强吹到屋面的中下部，热量分布不均匀，上热下凉。此外空气对流猛烈，机械性强制吹风让人感觉不舒服，且加快空气中的水分蒸发和扬起灰尘，降低了室内空气质量，或会诱发呼吸道疾病。5.2 地暖采暖地暖采暖是以整个地面为散热器，通过地面辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的方式。地暖是一种比较新的采暖方式，分为水地暖和电地暖。水地暖：以温度不高于60c的热水埋置于地面以下填充层中的加热管内循环流动，加热整个地板，通过地面以辐射和对流的热传递方式向室内供热的一种供暖方式。电地暖：将外表面

21、允许工作温度上限为65C的发热电缆埋设在地板中，以发热电缆为热源加热地板，以温控器控制室温或地板温度，实现地面辐射供暖的供暖方式。地暖优劣势分析(1)采暖范围水地暖：水暖管路必须连续，因此适用于大面积连续区域使用。而且温足而凉顶，非常舒适。电地暖：采用电地暖，只要该房屋能正常使用空调，则电路能承受电暖功率，否则要慎重考虑，以免负荷过大。电地暖安装相对水地暖灵活，能够分区域安装。(2)升温速度水地暖：水暖一般情况下，采暖季第一次启动时，升温在六个小12时以上，二次启动在1.5小时以上。如果大面积采暖，或楼层较多时，如未使用泵，或者高温混水的用户，时间还要延长，锅炉功率较小时，时间也要相应延长，但

22、是锅炉功率过高，能耗增加。电地暖：有多种产品样式，除了电缆升温速度较慢外，其它类型的升温都比较快，一般在1个小时以内，部分可在半小时内升温。相较于水暖升温速度较快。(3)使用寿命水地暖：水地暖是很多材料的集合，如：锅炉，管材，分集水器，阀门，温控等，其中合格的PE-RT管材的寿命一般是50年，而其它的产品，如锅炉，分集水器，阀门，温控等，由于品牌众多，质量不一，一般在十年左右都有进行更换。电地暖：电地暖有电热电缆、电热膜等多种形式，就电热电缆来讲，在实际使用中，一般的有效寿命为30年。(4)安全性水地暖：水地暖下面是水管，一般来说地面盘管是无接头，不会存在漏水的隐患。电地暖：一般来说也不会漏电

23、，而且现在每家每户都有漏电保护，并且整幢楼也有总的漏电保护，安全性能好，不会有危险。5.3 暖气片采暖暖气片采暖主要是利用壁挂式锅炉加热循环热水，在通过管材将热水传递到暖气片，暖气片将适宜温度的热气输出，利用空气对流提高室内温度的供暖过程。5.4 势5.5 ：暖气片升温快、散热效果好。好的暖气片大约为10分13钟开始散发热量，半个小时达到预设的温度，即开即用，无须等待，节约时间。对地面材料没有要求：不管是pb管还是铝塑复合管都可以做保温导管，不影响家里的地面。可明装也可暗装：装修好了的房子也能够通过明装暖气片来进行安装，并且不会影响到家里的原有装修和家庭生活。2、劣势舒适度低：相对于地暖，暖气

24、片舒适度较低，可能会造成室内冷热不均的现象。占用空间：并且暖气片安装需占用部分空间，不适用于室内空间较拥挤的房屋。5.4碳纤维电热板采暖优势一：使室内环境更加舒适宜人，感受阳光沐浴外，产品质量检验中心测定，波长集中在815w波段，完全覆盖在太阳照射光线的红外光波长之内，让您的室内充满阳光。优势二：避免了空气对流，卫生环保。辐射供暖通过远红外线辐射形式散热取暖，对室内物体直接加热升温而不通过加热空气升温：不会造成室内燥热，异味，皮肤失水，口干舌燥，室内尘埃，污浊空气对流。优势三：热性能更高：更稳定碳纤维是电热体是一种全黑体材料，电热能转换率能达到99%以上，在电热过程中，抗拉强度没有极大变化：前

25、期经过科技处理，高温状态下不氧化，其单位面积的电流负荷不发生。优势四：不占有使用面积。看不见的享受科源碳纤维电热板可根据需要，选用不同功率，灵活敷设在地面：墙面和吊顶上，不占用任何室内平面空间，使室内空间可以更灵活地布置和安放家具，增加使14用面。优势五：低费用运行。高品质享受红外线辐射采暖，碳纤维热转换率高，聚苯乙烯保温层等诸多优势降低了采暖的运行费用，碳纤维地板采暖，当室温设计到16c时能达到普通水暖20c的取暖效果，电热转换率为99%。远红外辐射采暖，室内周围物体温度高于空气温度，在短期关闭供热系统时，室内周围物体散发的热量会起到保持室温稳定的作用，碳纤维电热板是以高科技的碳纤维材料为发

26、热体碳纤维面状发热材料，克服了以往其它发热材料长期使用电极间过电流、易断裂、发热体过氧化、易脱落、绝缘强度低、耐热性能差等缺点。5.4.1 碳纤维电热板功能特性1:电热转换效率达到98%以上，节能省电发热快，通电即热，5分钟达到设计温度。2:温度均匀，面状发热，不起泡，不起层。3:防水等级6级，经特殊设计可浸泡于水中使用。4:超薄柔软，可以卷成圆形或半圆使用。5:采用天然材料制造，环保健康。6:发射超强远红外波，保健理疗功效显著。7:使用寿命长达30000小时。5.4.2 碳纤维电热板性能特点1、高效节能碳纤维电热板采用非金属碳质材料，通电发热时直接将电能转化为热能，不会产生光能和机械能，无自

27、身热损耗，经国家红外及工业电热产品质量监督检测中心检测证明：电热转换效率高达99%以上，15其最大的特点是以最佳的辐射热的方式传递，电一热辐射转换效率超过60%以上，而且是面状发热，发热速度快且均匀，通电1分钟表面温度即可达到设计温度；与传统的传导热：对流热相比本产品的节能达到30%以上。其节能原理：面状发热电热板是面状散热，其导电发热体如同三维网络，局部无序：整体有序的短碳纤维所形成的面状电阻体，面状电阻体即是发热面又是散热面，传热面积比电阻丝增加99%,散热面积是电阻丝的50倍以上。电子撞击发热热元件在电引发激励条件下产生热反应，电子在热元件中作高速运动，并在不规则导体面状电热板上产生布朗运动，电子间的撞击和摩擦产生热量，穿透介质；整个发热过程无声：无光：无污染，是名副