基于相变蓄热的碳纤维供热装置
技术领域
本实用新型涉及供热节能领域，尤其涉及一种基于相变蓄热的碳纤维供热装置。
背景技术
随着经济的发展，人民生活水平的提高，社会对电能的需求不断的增长，特别是各大电网的峰谷差日趋增大，由于夜间用电量少，造成了电力的大量损失，各地政府纷纷出台各类谷电价格政策，通过改变低谷时段电价吸引用户在低谷时段用电，既减少了电力损失又降低了高峰时段的电力负荷，从而实现了削峰填谷、调峰扩容的目的。因此使用电能供暖能够对谷电的充分利用，既能减少电力的损失，又能实现经济的供暖。
在传统的集中供暖中，采用统一管道进行供暖，由于房屋结构的差异，导致其热量分布不均。在同一栋楼内，边户、顶户等由于散热较快，供暖温度经常不达标，而中间户、阳面户等已温度过高，经常出现开窗放热的现象，因而导致能源的大量浪费。传统的供热、蓄热不能实现精准的量化控制。并且传统的蓄热，会导致在蓄热阶段，温度大幅升高，影响供热效果。因此，如果更好的实现节能供暖，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种基于相变蓄热的碳纤维供热装置，克服现有技术供热不能智能化控制以及蓄热阶段温度大幅升高的技术问题。
本实用新型提供了一种基于相变蓄热的碳纤维供热装置，包括碳纤维采集器、碳纤维供热节能单元，所述碳纤维供热节能单元包括碳纤维控制器和碳纤维供热单元，所述碳纤维控制器连接所述碳纤维供热单元，所述碳纤维采集器与所述碳纤维控制器连接，所述碳纤维采集器通过所述碳纤维控制器采集所述碳纤维供热单元的工作参数，所述碳纤维供热单元包括由混凝土和相变蓄热材料混和而成的相变蓄热保温层、碳纤维线形成的碳纤维发热层、用于接地屏蔽的接地屏蔽模块、反射热量的反射层、用于隔热的绝热层，所述相变蓄热保温层由混凝土和相变材料颗粒混和形成，所述碳纤维发热层设置在所述相变蓄热保温层中或者设置在所述相变蓄热保温层下面并与所述相变蓄热保温层紧密接触，所述反射层、所述绝热层位于所述相变蓄热保温层和所述碳纤维发热层的下部，所述反射层将所述相变蓄热保温层和所述碳纤维发热层的热量向上反射以防止热量向下散失，所述接地屏蔽模块连接所述碳纤维发热层并进行接地保护，所述反射层在所述绝热层上，所述相变蓄热保温层吸收所述碳纤维发热层的热量形成显热和相变潜热进行蓄存，所述碳纤维控制器在蓄热时间段中控制所述碳纤维发热层加热形成显热和相变潜热进行蓄热，所述智能供热模块根据设置供热需要的保持温度以及通过蓄热释放热量的实时温度进行调节供热。
作为本实用新型的进一步改进，所述接地屏蔽模块为接地屏蔽层，所述接地屏蔽层设置在所述反射层和所述碳纤维发热层之间。
作为本实用新型的进一步改进，所述碳纤维发热层嵌在所述相变蓄热保温层中或者紧贴在所述相变蓄热保温层的底面。
作为本实用新型的进一步改进，所述反射层为反射涂层，所述反射涂层涂覆在所述绝热层上；或者所述反射层为金属反射层，所述金属反射层设置在所述绝热层上。
作为本实用新型的进一步改进，还包括传感室外环境温度的室外温度传感器，所述碳纤维采集器通过LoRa无线通信单元与所述室外温度传感器、所述碳纤维控制器进行通信，所述碳纤维采集器与所述碳纤维控制器之间的通信采用呼叫应答的方式，所述碳纤维采集器与所述室外温度传感器之间的通信采用呼叫应答的方式。
作为本实用新型的进一步改进，所述相变蓄热保温层中设置伸缩缝。
本实用新型的有益效果是：提供了一种基于相变蓄热的碳纤维供热装置，包括碳纤维采集器、碳纤维供热节能单元，所述碳纤维供热节能单元包括碳纤维控制器和碳纤维供热单元，所述碳纤维控制器连接所述碳纤维供热单元，所述碳纤维采集器与所述碳纤维控制器连接，所述碳纤维采集器通过所述碳纤维控制器采集所述碳纤维供热单元的工作参数，所述碳纤维供热单元包括由混凝土和相变蓄热材料混和而成的相变蓄热保温层、碳纤维线形成的碳纤维发热层、用于接地屏蔽的接地屏蔽模块、反射热量的反射层、用于隔热的绝热层，所述相变蓄热保温层由混凝土和相变材料颗粒混和形成，所述碳纤维发热层设置在所述相变蓄热保温层中或者设置在所述相变蓄热保温层下面并与所述相变蓄热保温层紧密接触，所述反射层、所述绝热层位于所述相变蓄热保温层和所述碳纤维发热层的下部，所述反射层将所述相变蓄热保温层和所述碳纤维发热层的热量向上反射以防止热量向下散失，所述接地屏蔽模块连接所述碳纤维发热层并进行接地保护，所述反射层在所述绝热层上，所述相变蓄热保温层吸收所述碳纤维发热层的热量形成显热和相变潜热进行蓄存，所述碳纤维控制器在蓄热时间段中控制所述碳纤维发热层加热形成显热和相变潜热进行蓄热，所述智能供热模块根据设置供热需要的保持温度以及通过蓄热释放热量的实时温度进行调节供热。本实用新型采用多层次碳纤维供热单元及相变蓄热技术，通过所述碳纤维控制器的智能控制，将碳纤维供热技术、相变蓄热技术以及智能控制技术结合起来，相变蓄热在蓄热过程中，可保持温度变化不大，同时，释放热量时可缓慢进行，另外，实现相变蓄热、供热控制，选择时段进行相变蓄热，利用峰谷电价格优势，实现成本节约。
附图说明
图1是本实用新型一种碳纤维供热装置的示意图。
图2是本实用新型一种碳纤维供热单元的示意图。
图3是本实用新型碳纤维控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本实用新型的具体实施方式是：构建了基于相变蓄热的碳纤维供热装置，包括碳纤维采集器102、碳纤维控制器104和碳纤维供热单元105，所述碳纤维控制器104连接所述碳纤维供热单元105，所述碳纤维采集器102与所述碳纤维控制器104连接，所述碳纤维采集器102通过所述碳纤维控制器104采集所述碳纤维供热单元105的工作参数，所述碳纤维供热单元105包括由混凝土和相变蓄热材料混和而成的相变蓄热保温层5、碳纤维线形成的碳纤维发热层4、用于接地屏蔽的接地屏蔽模块3、反射热量的反射层2、用于隔热的绝热层1，所述相变蓄热保温层5由混凝土和相变材料颗粒混和形成，所述碳纤维发热层4设置在所述相变蓄热保温层5中或者设置在所述相变蓄热保温层5下面并与所述相变蓄热保温层5紧密接触，所述反射层2、所述绝热层 1位于所述相变蓄热保温层5和所述碳纤维发热层4的下部，所述反射层2将所述相变蓄热保温层5和所述碳纤维发热层4的热量向上反射以防止热量向下散失，所述接地屏蔽模块3连接所述碳纤维发热层4并进行接地保护，所述反射层2在所述绝热层1上，所述相变蓄热保温层5吸收所述碳纤维发热层的热量形成显热和相变潜热进行蓄存，所述碳纤维控制器104包括设置模块11、获取室外日平均温度的室外温度获取模块12、智能供热模块13，获取耗热量的耗热量获取模块14，所述设置模块11设置空间的各面面积及各面对应的平均传热系数，所述设置模块11设定供热所要的保持温度t1、所述碳纤维发热层4的发热功率W及蓄热时间段，所述室外温度获取模块12获取第二天的室外日平均温度 t2，所述耗热量获取模块14获取耗热量Q，所述智能供热模块13根据设置的保持温度t1以及通过蓄热释放热量后的实时温度t5，若实时温度t5小于设置的保持温度t1,则所述碳纤维控制器104控制所述碳纤维发热层4发热补充供热。
如图1、图2所示，本实用新型具体实施过程如下：所述碳纤维供热单元 105包括由混凝土和相变蓄热材料混和而成的相变蓄热保温层5、碳纤维线形成的碳纤维发热层4、用于接地屏蔽的接地屏蔽模块3、反射热量的反射层2、用于隔热的绝热层1，其中，相变蓄热保温层5为固态材料，由混凝土和相变蓄热材料混和而形成，具体来说，所述相变蓄热保温层5由混凝土和相变材料颗粒混和形成，相变蓄热材料颗粒均匀分布在混凝土中，相变蓄热保温层5通过吸收热量形成显热和相变潜热进行蓄热，可以进行快速蓄热，缓慢释放。碳纤维线排列形成或者编织形成碳纤维发热层4。所述碳纤维发热层4设置在所述相变蓄热保温层5中，即：所述碳纤维发热层4穿插在所述相变蓄热保温层5中，蓄热保温材料填充所述碳纤维发热层4的空隙，并且将所述碳纤维发热层4包裹在中间，这样，所述碳纤维发热层4的发热使所述相变蓄热保温层5可以充分吸收，此时，所述碳纤维发热层4的发热使所述相变蓄热保温层5不是分层设置，而是混和在一起。所述反射层2、所述绝热层1位于所述碳纤维发热层4 的发热使所述相变蓄热保温层5混和形成的层体下部。所述碳纤维发热层4和所述相变蓄热保温层5分层设置时，所述碳纤维发热层4设置在所述相变蓄热保温层5下面并与所述相变蓄热保温层5紧密接触，所述反射层2、所述绝热层 1设置在所述相变蓄热保温层5的下部。所述接地屏蔽模块3连接所述碳纤维发热层4并进行接地保护，所述接地屏蔽模块3可以设置在所述碳纤维发热层4 的周围，连接所述碳纤维发热层4，使其进行接地保护。所述接地屏蔽模块3为接地屏蔽层，所述接地屏蔽层设置在所述反射层2和所述碳纤维发热层4之间，所述接地屏蔽层连接所述碳纤维发热层4使其进行接地保护。所述反射层2将所述相变蓄热保温层5和所述碳纤维发热层4的热量向上反射以防止热量向下散失。所述设置模块11设置空间的各面面积及各面对应的平均传热系数，所述设置模块11设定供热所要的保持温度t1、所述碳纤维发热层4的发热功率W及蓄热时间段，所述室外温度获取模块12获取第二天的室外日平均温度t2。
具体步骤如下：
获取温度：所述设置模块11设定供热所要的保持温度t1，所述室外温度获取模块12获取第二天的室外日平均温度t2。
具体实施过程如下：为了计算耗热量，需要考虑第二天要保持的平均温度，因此，要设定保持的平均温度t1。同时，通过天气预报等手段，获取当地第二天的室外日平均温度t2，具体实施例中，碳纤维采集器102连接服务器101，通过服务器101获取第二天的天气预报信息，通过天气预报信息获取第二天的室外日平均温度t2。
确定发热功率：确定所述碳纤维发热层4的发热功率W。
具体实施过程如下：所述碳纤维发热层4的发热功率W可以是固定的，也可以设定，如果是固定的，可以预先设定在所述碳纤维控制器104中；如果可以设定高低，则在蓄热时选定所述碳纤维发热层4的发热功率W。
所述耗热量获取模块14获取耗热量Q。
以下为仅计算空间传热的热量损耗，忽略空气换气的热量损耗、空间获得的热量，同时，不考虑蓄热时间到第二天供热时间之间耗热量。则所述空间传热的热量损耗根据传热面面积、传热面两面的温度、传热系数确定。所述耗热量获取模块14根据空间的各面面积、各面的平均传热系数和以及空间和外部的温度差获取耗热量Q。耗热量Q的计算具体可以根据供热空间的形状进行，以下以六面体形状为例进行说明。具体实施过程如下：
顶面平均传热系数Kn1、底面平均传热系数Kn2、周围四面的平均传热系数 Kn3、Kn4、Kn5、Kn6，单位为W/(㎡.K)。
顶面面积S1、底面面积S2、周围四面的面积S3、S4、S5、S6，单位为㎡。
顶面与外界温差平均值T1、底面与外界温差平均值T2、周围四面与外界温差平均值T1、T4、T5、T6，单位为K。
耗热量Q，单位为kWh。
Q＝[(Kn1×S1×T1)+(Kn2×S2×T2)+(Kn3×S3×T1)+(Kn4×S4×T4) +(Kn5×S5×T5)+(Kn6×S6×T6)]×24/1000。
还包括蓄热模型构建模块15，蓄热模型构建模块15根据所述碳纤维发热层 4的加热功率以及所述相变蓄热保温层5的蓄热能力构建蓄热模型，构建所述碳纤维发热层4的加热功率与所述相变蓄热保温层5蓄热的关系。
具体实施过程如下：所述相变蓄热保温层5的蓄热量包括显热Qx和相变潜热Qq：QX＝蓄热材料的比热容*蓄热材料的质量*升高的温度＝C*M*△T，其中：C 表示蓄热材料的比热容，M表示蓄热材料的质量，△T升高的温度。其中：△T＝蓄热初始温度-蓄热温度。Qq＝潜热系数*质量＝S*M，其中，S表示潜热系数，M表示相变材料变化的质量。所述碳纤维发热层4的加热：Q＝WH，其中：Q为加热量， W为所述碳纤维发热层4的加热功率，H为所述碳纤维发热层4的加热时间。所述相变蓄热保温层5的蓄热量来自所述碳纤维发热层4的加热，忽略蓄热中的损耗，Q＝QX+Qq，构建所述碳纤维发热层4的加热功率与所述相变蓄热保温层5 蓄热的关系：
C*M*△T+S*M，即：H＝(C*M*△T+S*M)/W
WH＝Q，H＝Q/W
蓄热：在蓄热时间段中根据耗热量Q和所述碳纤维发热层的发热功率W控制所述碳纤维发热层4加热形成显热和相变潜热进行蓄热。
本实用新型的优选实施方式是：所述耗热量Q还包括空间传热的热量损耗、空气换气的热量损耗、获得的热量中的一种或多种。
空间传热的热量损耗参照上述计算过程。
空气换气的热量损耗计算过程如下：
其中：Qh表示空气换气的热量损耗，单位为W/m2，tn表示室内的温度，tw表示所换气的温度；Ck表示所换气的比热容，p表示空气的密度(单位kg/m3)， N表示换气次数，V表示换气体积，单位m3。
获得的热量包括空间人的体温释放的热量、其它热源释放的热量，要根据具体情况来计算。
具体实施过程如下：在选择的蓄热时间段中开始控制所述碳纤维发热层4 工作时间为H。通过所述碳纤维控制器104先择一个蓄热时间段，该时间段的时间最好大于蓄热时间H。
所述智能供热模块13智能供热：根据设置的保持温度t1以及通过蓄热释放热量后的实时温度t5，若实时温度t5小于设置的保持温度t1,则所述碳纤维控制器104控制所述碳纤维发热层4发热补充供热。
具体实施过程如下：随着所述碳纤维发热层4停止加热，所述相变蓄热保温层5开始释放热量。在所述碳纤维发热层4刚停止的时间段，空间的温度高于或者等于空间要保持的平均温度t1，此时，仅由所述相变蓄热保温层5释放热量即可；空间的温度低于空间要保持的平均温度t1，所述相变蓄热保温层5 释放热量的热量不足于维持空间要保持的平均温度t1时，所述碳纤维控制器104 控制所述碳纤维发热层4发热补充供热，以维持空间要保持的平均温度t1。这样就达到基于蓄热的智能控制，通过精确控制，可以极大地节约能源，大大节约了成本。
如图1至图2所示，本实用新型的优选实施方式是：所述反射层2为反射涂层，所述反射涂层涂覆在所述绝热层1上。所述反射涂层和所述绝热层1位于所述碳纤维发热层4下部，将所述碳纤维发热层4发的热量向上反射，防止热量向下释放。所述反射层2为金属反射层，所述金属反射层设置在所述绝热层1上，所述金属反射层为铝箔形成。
如图1至图2所示，所述碳纤维采集器102通过LoRa无线通信单元分别与所述室外温度传感器103、碳纤维控制器104进行通信，所述碳纤维采集器102 与所述碳纤维控制器104之间的通信采用呼叫应答的方式，所述碳纤维采集器 102与所述室外温度传感器103之间的通信采用呼叫应答的方式。碳纤维采集器 102可随时采集或设置碳纤维控制器104和室外温度传感器103的参数。
如图1至图2所示，所述碳纤维采集器102与所述服务器101采用4G进行通信，所述碳纤维采集器102将所述服务器101下发的命令下达到所述碳纤维控制器104或所述室外温度传感器103，并将所述碳纤维控制器104或所述室外温度传感器103采集到的数据上传给所述服务器101。所述服务器101还可以与手机APP108或PC端107连接，将供热信息进行传输，同时，也可以通过手机 APP108或PC端107进行远程控制。
本实用新型的优选实施方式是：所述碳纤维控制器104通过继电器与所述碳纤维供热单元105连接，所述碳纤维控制器104采集室内的温度及人体活动状况，并根据设定的参量，通过所述继电器控制所述碳纤维供热单元105的接通和断开。设定的参量包含最高加热室温、最高蓄热温度、加热时段等。
本实用新型的优选实施方式是：所述相变蓄热保温层5中设置伸缩缝。所述伸缩缝用于缓冲所述相变蓄热保温层5热胀冷缩的体积变化。
本实用新型的优选实施方式是：还包括防潮的隔离层(图中未示出)和装饰地板的地板装饰层6，所述隔离层设置在所述相变蓄热保温层5和地板装饰层 6之间。
本实用新型的有益效果是：提供了一种基于相变蓄热的碳纤维供热装置，基于相变蓄热的碳纤维供热装置包括碳纤维采集器102、碳纤维控制器104和碳纤维供热单元105，所述碳纤维控制器104连接所述碳纤维供热单元105，所述碳纤维采集器102与所述碳纤维控制器104连接，所述碳纤维采集器102通过所述碳纤维控制器104采集所述碳纤维供热单元105的工作参数，所述碳纤维供热单元105包括由混凝土和相变蓄热材料混和而成的相变蓄热保温层5、碳纤维线形成的碳纤维发热层4、用于接地屏蔽的接地屏蔽模块3、反射热量的反射层2、用于隔热的绝热层1，所述碳纤维发热层4设置在所述相变蓄热保温层5 中或者设置在所述相变蓄热保温层5下面并与所述相变蓄热保温层5紧密接触，所述反射层2、所述绝热层1位于所述相变蓄热保温层5和所述碳纤维发热层4 的下部，所述反射层2将所述相变蓄热保温层5和所述碳纤维发热层4的热量向上反射以防止热量向下散失，所述接地屏蔽模块3连接所述碳纤维发热层4 并进行接地保护，所述反射层2在所述绝热层1上，所述相变蓄热保温层5吸收所述碳纤维发热层的热量形成显热和相变潜热进行蓄存，所述碳纤维控制器 104包括设置空间的各面面积及各面对应的平均传热系数，所述碳纤维控制器根据所述相变蓄热保温层蓄热能力以及所述碳纤维发热层的发热量控制所述碳纤维发热层的工作。通过所述碳纤维控制器的智能控制，将碳纤维供热技术、相变蓄热技术以及智能控制技术结合起来，相变蓄热在蓄热过程中，可保持温度变化不大，同时，释放热量时可缓慢进行，另外，实现相变蓄热、供热控制，选择时段进行相变蓄热，利用峰谷电价格优势，实现成本节约。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
