厚榮斌+李少巖

摘 要：高速公路收費站冬季存在采暖的需求，文章對碳晶電熱板的應(yīng)用范圍以及安全性、可靠性進行了分析，結(jié)果表明碳晶電熱板以其加熱速度快、耗能少、可懸掛安裝以節(jié)省空間等特點較適合作為高速公路收費站的取暖設(shè)施，大規(guī)模的應(yīng)用碳晶電熱板作為取暖設(shè)施可以節(jié)約能源以及采暖費用。文章還對碳晶電熱板作為高速公路收費站的采暖設(shè)施做了可行性分析以及優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：碳晶電熱板；采暖；高速公路收費站；可行性

中圖分類號：TU832.1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0049-02

自爆發(fā)能源危機以來，世界各國在工業(yè)發(fā)展的過程中越來越重視能源問題，如何節(jié)約能源、提高能源的利用率已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的焦點。同時環(huán)境污染也已經(jīng)影響到了每個人生活，因此，在建筑采暖方案的選取中，節(jié)約能源和減少污染也是主要的考慮因素。

1 公路收費站的采暖方式

東北地區(qū)冬季漫長，年平均氣溫-15℃左右，供暖期約六個月。高速公路收費站大多地處曠野，收費亭本身亭壁單薄、保溫性差，同時由于工作性質(zhì)的需要，收費窗口開啟頻繁，空氣流通導(dǎo)致熱量流失嚴(yán)重，使得收費亭室溫難以保障正常工作需要。

目前收費亭普遍采用的是普通電暖器和空調(diào)加熱相結(jié)合的供暖方式，這種取暖方式的最大弊端在于取暖能耗大，熱量損失嚴(yán)重[1]。普通電暖器不具備自動調(diào)溫能力，無法精確控制溫度，空調(diào)雖然可以智能控溫，但是加熱能耗高，這種供暖方式下的每平方米能耗高達1kW，超出國家規(guī)定的建筑耗能標(biāo)準(zhǔn)10倍。高能耗的同時供暖效果卻差，收費亭內(nèi)的工作人員仍需穿戴厚重的保暖衣物。采用碳晶加熱取暖技術(shù)后，可以根據(jù)亭內(nèi)工作人員的需要對溫度進行設(shè)定，并且溫度均勻分布，擺脫厚重的衣物，提高工作舒適度。

2 碳晶采暖方式與傳統(tǒng)采暖方式的對比

碳晶作為一種新型采暖材料逐漸應(yīng)用于民用領(lǐng)域，以納米碳素晶體發(fā)熱材料為基礎(chǔ)研制的新型碳晶電熱板具有發(fā)熱均勻、發(fā)熱效率高及絕緣性好等特點。碳晶面導(dǎo)電發(fā)熱，能使室內(nèi)溫度場均勻，傳熱速度快，一般通電20分鐘后，室內(nèi)即達到采暖效果[2]。憑借這些突出優(yōu)點，一種新型的以碳晶電熱板為主要材料的碳晶板電采暖系統(tǒng)在我國南方部分城市得到快速的發(fā)展和應(yīng)用，但是目前對于如何對該系統(tǒng)進行“即開即用”“實時溫控”等非穩(wěn)態(tài)運行工況的研究比較缺乏，一定程度上限制了碳晶板電采暖系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用[3]。

3 碳晶采暖應(yīng)用的可行性分析

在采用電暖器與空調(diào)取暖結(jié)合的收費亭內(nèi)，熱量的分布是不均勻的，熱空氣聚集于上方，冷空氣匯集于下方，靠近地面的位置溫度甚至接近于室外溫度。而且由于電暖器與空調(diào)取暖結(jié)合的供暖方式溫度調(diào)節(jié)能力差，在高能耗的情況下供暖效果差，在日照充足的情況下，收費亭內(nèi)的溫度較高，缺少日照的情況下會出現(xiàn)溫度急劇下降的現(xiàn)象。采用碳晶板電采暖系統(tǒng)可以通過智能控制遠紅外線的輻射量達到對收費亭內(nèi)溫度精確控制的目的，且碳晶電熱板的電熱轉(zhuǎn)換率可以高達98.9%以上，也就是說輸入給碳晶電熱板的全部電能可以轉(zhuǎn)化成為60%的傳導(dǎo)熱能和近40%的遠紅外輻射能量。碳晶板電采暖系統(tǒng)在室內(nèi)的分布是立體的，收費亭內(nèi)頂部、底部以及亭壁均可布置輻射板，頂部的輻射板對工作人員的上部供暖，底部和亭壁的輻射板對工作人員的腳和腿供暖，收費窗口開啟時，進入亭內(nèi)的冷空氣會由于亭壁輻射板產(chǎn)生的少量對流熱量形成的熱風(fēng)幕的存在而減弱，減少對人體的影響，因此，收費亭內(nèi)除了收費窗口處的溫度偏低外，其余各處的溫度分布均勻，以保障收費亭處于良好的溫度范圍。

對于碳晶電熱板來說，本身具有可調(diào)性強、響應(yīng)速度快的特點，這個特性讓碳晶板電采暖系統(tǒng)具備溫控調(diào)節(jié)功能。目前，新型的碳晶板采暖系統(tǒng)已經(jīng)取得了研究成果，達到實際工程應(yīng)用水平。而且與傳統(tǒng)的電采暖系統(tǒng)相比具有更好的安全性、節(jié)能型，并且升溫速度快，因此其更適合高速公路收費亭的供暖。

4 碳晶采暖技術(shù)的應(yīng)用建議

由于碳晶板電采暖系統(tǒng)主要是靠遠紅外線輻射加熱，當(dāng)收費亭內(nèi)的溫度低于體感溫度，工作人員不會有寒冷的感覺，舒適度高。碳晶板電采暖技術(shù)的實際應(yīng)用還應(yīng)考慮如下問題：

（1）由碳晶加熱板的特性可知只要通電，碳晶板電采暖系統(tǒng)就會持續(xù)供暖，由于散熱較少，會導(dǎo)致室內(nèi)的溫度隨著時間的推移而溫度過高，這種情況會影響工作人員的體驗度，并由于持續(xù)耗能而降低其經(jīng)濟性。因此在碳晶板電采暖系統(tǒng)設(shè)計的過程中需要安裝溫度傳感器和電控元件對通電時間進行合理控制，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟性和用戶的體驗舒適度。

（2）碳晶電熱板應(yīng)注意絕緣處理，以防止泄電危險的發(fā)生。市場上采用的雙面鋁箔的保溫材料當(dāng)達到一定的面積和功率時就容易導(dǎo)致泄露電流，因為雙面鋁箔的保溫材料本身就是一個電容，當(dāng)它的容量足夠大時就會產(chǎn)生一定的隱患，為了避免這樣的隱患的發(fā)生我們應(yīng)采用非金屬材質(zhì)的保溫材料。

（3）碳晶板電采暖系統(tǒng)在供暖的過程中是立體的，該系統(tǒng)在收費亭內(nèi)的布置需要一定的合理性，考慮碳晶電熱板在收費亭內(nèi)的安裝位置，不同的安裝位置會影響系統(tǒng)的加熱效果，而且碳晶電熱板的數(shù)量也需要根據(jù)收費亭的空間大小進行合理的選擇，保證亭內(nèi)工作人員的舒適度。

（4）碳晶加熱板在實際使用中可進一步優(yōu)化，使其更加安全可靠，減少應(yīng)用面積，增加美觀性和附加功能。如利用碳晶加熱板的懸掛布置和頂棚布置方式，可進行警示和宣傳標(biāo)語設(shè)計等，在實現(xiàn)收費亭的基本采暖功能的基礎(chǔ)上，為收費亭起到修飾作用。

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