碳晶加热采暖技术在公路收费站的应用研究

厚荣斌+李少岩

摘 要：高速公路收费站冬季存在采暖的需求，文章对碳晶电热板的应用范围以及安全性、可靠性进行了分析，结果表明碳晶电热板以其加热速度快、耗能少、可悬挂安装以节省空间等特点较适合作为高速公路收费站的取暖设施，大规模的应用碳晶电热板作为取暖设施可以节约能源以及采暖费用。文章还对碳晶电热板作为高速公路收费站的采暖设施做了可行性分析以及优化建议。

关键词：碳晶电热板；采暖；高速公路收费站；可行性

中图分类号：TU832.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0049-02

自爆发能源危机以来，世界各国在工业发展的过程中越来越重视能源问题，如何节约能源、提高能源的利用率已经成为工业发展的焦点。同时环境污染也已经影响到了每个人生活，因此，在建筑采暖方案的选取中，节约能源和减少污染也是主要的考虑因素。

1 公路收费站的采暖方式

东北地区冬季漫长，年平均气温-15℃左右，供暖期约六个月。高速公路收费站大多地处旷野，收费亭本身亭壁单薄、保温性差，同时由于工作性质的需要，收费窗口开启频繁，空气流通导致热量流失严重，使得收费亭室温难以保障正常工作需要。

目前收费亭普遍采用的是普通电暖器和空调加热相结合的供暖方式，这种取暖方式的最大弊端在于取暖能耗大，热量损失严重[1]。普通电暖器不具备自动调温能力，无法精确控制温度，空调虽然可以智能控温，但是加热能耗高，这种供暖方式下的每平方米能耗高达1kW，超出国家规定的建筑耗能标准10倍。高能耗的同时供暖效果却差，收费亭内的工作人员仍需穿戴厚重的保暖衣物。采用碳晶加热取暖技术后，可以根据亭内工作人员的需要对温度进行设定，并且温度均匀分布，摆脱厚重的衣物，提高工作舒适度。

2 碳晶采暖方式与传统采暖方式的对比

碳晶作为一种新型采暖材料逐渐应用于民用领域，以纳米碳素晶体发热材料为基础研制的新型碳晶电热板具有发热均匀、发热效率高及绝缘性好等特点。碳晶面导电发热，能使室内温度场均匀，传热速度快，一般通电20分钟后，室内即达到采暖效果[2]。凭借这些突出优点，一种新型的以碳晶电热板为主要材料的碳晶板电采暖系统在我国南方部分城市得到快速的发展和应用，但是目前对于如何对该系统进行“即开即用”“实时温控”等非稳态运行工况的研究比较缺乏，一定程度上限制了碳晶板电采暖系统的发展应用[3]。

3 碳晶采暖应用的可行性分析

在采用电暖器与空调取暖结合的收费亭内，热量的分布是不均匀的，热空气聚集于上方，冷空气汇集于下方，靠近地面的位置温度甚至接近于室外温度。而且由于电暖器与空调取暖结合的供暖方式温度调节能力差，在高能耗的情况下供暖效果差，在日照充足的情况下，收费亭内的温度较高，缺少日照的情况下会出现温度急剧下降的现象。采用碳晶板电采暖系统可以通过智能控制远红外线的辐射量达到对收费亭内温度精确控制的目的，且碳晶电热板的电热转换率可以高达98.9%以上，也就是说输入给碳晶电热板的全部电能可以转化成为60%的传导热能和近40%的远红外辐射能量。碳晶板电采暖系统在室内的分布是立体的，收费亭内顶部、底部以及亭壁均可布置辐射板，顶部的辐射板对工作人员的上部供暖，底部和亭壁的辐射板对工作人员的脚和腿供暖，收费窗口开启时，进入亭内的冷空气会由于亭壁辐射板产生的少量对流热量形成的热风幕的存在而减弱，减少对人体的影响，因此，收费亭内除了收费窗口处的温度偏低外，其余各处的温度分布均匀，以保障收费亭处于良好的温度范围。

对于碳晶电热板来说，本身具有可调性强、响应速度快的特点，这个特性让碳晶板电采暖系统具备温控调节功能。目前，新型的碳晶板采暖系统已经取得了研究成果，达到实际工程应用水平。而且与传统的电采暖系统相比具有更好的安全性、节能型，并且升温速度快，因此其更适合高速公路收费亭的供暖。

4 碳晶采暖技术的应用建议

由于碳晶板电采暖系统主要是靠远红外线辐射加热，当收费亭内的温度低于体感温度，工作人员不会有寒冷的感觉，舒适度高。碳晶板电采暖技术的实际应用还应考虑如下问题：

（1）由碳晶加热板的特性可知只要通电，碳晶板电采暖系统就会持续供暖，由于散热较少，会导致室内的温度随着时间的推移而温度过高，这种情况会影响工作人员的体验度，并由于持续耗能而降低其经济性。因此在碳晶板电采暖系统设计的过程中需要安装温度传感器和电控元件对通电时间进行合理控制，保证系统的经济性和用户的体验舒适度。

（2）碳晶电热板应注意绝缘处理，以防止泄电危险的发生。市场上采用的双面铝箔的保温材料当达到一定的面积和功率时就容易导致泄露电流，因为双面铝箔的保温材料本身就是一个电容，当它的容量足够大时就会产生一定的隐患，为了避免这样的隐患的发生我们应采用非金属材质的保温材料。

（3）碳晶板电采暖系统在供暖的过程中是立体的，该系统在收费亭内的布置需要一定的合理性，考虑碳晶电热板在收费亭内的安装位置，不同的安装位置会影响系统的加热效果，而且碳晶电热板的数量也需要根据收费亭的空间大小进行合理的选择，保证亭内工作人员的舒适度。

（4）碳晶加热板在实际使用中可进一步优化，使其更加安全可靠，减少应用面积，增加美观性和附加功能。如利用碳晶加热板的悬挂布置和顶棚布置方式，可进行警示和宣传标语设计等，在实现收费亭的基本采暖功能的基础上，为收费亭起到修飾作用。

参考文献：

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