1、青海師范大學暖心”門一一讓南方的冬天不再寒冷系別：物理與電子信息工程學院專業：新能源科學與工程班級：14B學生姓名：張力學號：20141711228日期：2017年6月6日指導老師：袁嬌目錄一、引言1.二、研究背景1.2.1 南北冬季氣溫的差異1.2.1.1 緯度影響.1.2.1.2 地形影響2.2.2 取暖方式的差異2.三、產品介紹3.3.1 主要介紹4.3.2 、產品結構圖4.3.2.1 碳纖維電熱板.4.3.2.2 整體效果圖5.3.3 技術水平5.3.3.1 觸摸屏控制電路5.四、產品的設計選型7.4.1 碳纖維電熱板7.4.1.1 碳纖維電熱板的工作原理84.1.2 碳纖維電熱板選型

2、1.0五、市場前景分析.115.1 空調采暖.115.2 地暖采暖1.25.3 暖氣片采暖.135.4 碳纖維電熱板采暖145.4.2碳纖維電熱板性能特點15六、成本分析17七、應用范圍Uii一、引言有一種冷，叫中國南方家里的冷，沒體會過的人不會明了，南方取暖基本靠抖，室內室外溫度一樣，隨著寒潮的到來全國都在冷風中夜變冬天幸運的是天寒地凍，大雪鋪路的北方有暖氣支撐。一扇玻璃能隔出室內室外冰火兩重天南方就沒有那么幸運了。近年來，大眾家庭生活水平提高，不少家庭也有自家的取暖設備。目前在南方主要使用的取暖方式有家用空調、電暖氣、暖風機、地暖、壁掛爐等，但都各有優缺點，在能保證提高室內溫度的前提下，不

3、保證人體的舒適度。集合當前幾種取暖設備的優點，推出新一款適合廣大南方家庭使用的取暖設備一一暖心”門。二、研究背景2.1 南北冬季氣溫的差異2.1.1 緯度影響北方地區最先進入冬季，緯度越高，冬季就越漫長，具體說來，北方地區的晝夜長短變化更明顯，白晝越來越短，而晚越來越長。晝夜溫差也是越來越大，特別是晴天的時候。而相應的低緯度地區由于受來自西伯利亞的強冷空氣影響較小，氣溫會高很多，也伴有不同程度的降水。我國南方地區由于靠近赤道，晝夜長短變化不如北方明顯，晝夜溫差也不如北方地區明顯。對于北方地區而言，冷空氣襲來時，氣溫驟降，伴隨有強降水或降雪，當冷空氣穩定下來之后，天氣又是比較晴朗的，但是氣溫依然

4、較低。而南方不同，當冷空氣已無力再南下時，天氣轉晴，氣溫驟然又升，猶如夏季。從同一緯度的幾個城市進行比較，進一步說明我國冬季氣候受哪些因素的影響。成都、武漢和上海，都是北緯30度附近的城市，同樣受冷空氣的影響，成都的氣溫會高于他兩座城市，而上海的降水最多。很明顯受經度地帶性影響，上海的氣候具有比較明顯的海洋性特征。而成都的氣溫高于同緯度地區的原因還是因為盆地地形。2.1.2 地形影響由于受地形地勢的影響，我國東部地區和西部地區的冬季氣候也呈現出明顯不同的特點，我國東部地區地形以平原丘陵為主，一旦冷空氣南下，勢如破竹，因此東部地區降溫較快，中西部地區地形以山地高原為主，冷空氣受阻擋不易南下，特別

5、是四JI盆地和青藏高原幾乎不受冷空氣的影響。四川盆地是由于山嶺環繞，阻擋了冷空氣的進入，而青藏高原則是因為海拔太高，冷空氣影響不到。在多個地理因素（緯度、地形）的綜合作用下，使得我國南北溫差冬季比夏天大很多。2.2 取暖方式的差異中國的集中供暖制度始于20世紀的50年代，參照當時蘇聯的模式，初步建立了建筑供暖體系。根據前蘇聯的氣候計算方法規定，室外溫度5攝氏度以下定義為冬天。因此，只有累年日平均氣溫穩定低于或等于5c的日數大于或等于90天被界定為集中供暖的地區，主要包括華北、東北、西北等地區，傳統意義上的中國南方”，是指我國秦嶺上世紀50年代，由于當時能源奇缺”，周恩來親自主導以秦嶺、淮河為界

6、，劃定北方為集中供暖區，南方不集中供暖，此即為南北供暖線如圖1所示。從計劃經濟時代，北方城鎮就確立了強制性的集中供暖制度，并在2003年以前都享受著單位包費，福利供熱”的待遇，即使在啟動供暖體制改革之后，北方居民依然能夠享受到政府和單位所提供的供暖補助，能夠安然地在18-20攝氏度的如春天般的暖室里度過漫長冬季。由于歷史原因，將廣大的中國南方地區硬性地規定為冬季供暖禁區工因而在很大程度上抑制了我國南方地區旺盛的城市供暖市場需求。往事不堪回首。當供暖突破禁區”之后，人們對于不斷改善家居采暖環境，以及相應的生產力提高日趨強烈，現實幾乎是應有盡有”地適應了市場迅速膨脹發展的強勁勢頭，從而極大地滿足了

7、日益繁榮的市場需求。在2016年8月31至9月2日，針對中國南方地區分戶采暖需要的專業展覽會一一第五屆ISHShanghai&CIHE上海供熱展舉行，也掀起了南方采暖的新一輪浪潮。同時，隨著南方居民生活水平的提高，南方家庭的自主采暖近年來已經蔚然成風。這帶來了一個冉冉升起的龐大市場。日速.6曜中慎區復宏迸行案中供配區載圖1南北供暖線三、產品介紹3.1 主要介紹暖心”門主要是由碳纖維電熱板、觸摸顯示器、APP手機軟件等構成。在一般的門內安裝上一級節能標準的碳纖維電熱板，傳熱迅速，能在幾分鐘內達到設定溫度，散熱面積大，一塊50cm*50cm的碳纖維電熱板在20分鐘內能提高1215m2空間內

8、的溫度5度以上，高效的碳纖維電熱板能更大程度的節省電費。利用電源加熱碳纖維電熱板，電熱板溫度上升至一定溫度時，讓附近的空氣做布朗運動，均勻的向外輻射能量，即使長時間待在該環境下，也不會讓人感受到皮膚干燥等不適癥狀。同時還將在門上安裝一個電子觸摸屏，每隔30min檢測一次室內環境溫度，將檢測到的溫度存儲到自身存儲器內也可以實時傳輸到手機APP中，通過在APP中提前設置設備開啟時間、設定溫度大小、開設時長等，當室內溫度達到所設定值時，自動切斷電源，減少能源浪費，即使用戶在室外也可以操控設備，當你到達家里時已不再是零下幾度的室外溫度。不僅僅提高了自己的生活品質，也解決了自己家庭取暖的難題。本產品主要

9、的功能是用做家庭取暖，改變室內環境溫度，讓人們能更舒適的享受生活，主要針對的群體是南方廣大家庭，每個家庭的門的大小都不一樣，在設計時按照普遍家庭臥室門的標準設計，行業規定標準臥室門的寬80cm,高200cm。但對于非標準門，也可以按需定制碳纖維電熱板加熱器，使產品的使用范圍更廣，讓每一個南方家庭都不再忍受寒冷的冬天。3.2 、產品結構圖3.2.1 碳纖維電熱板3.2.2整體效果圖3.3技術水平3.3.1觸摸屏控制電路*5MML雇1*&ST*DIMK-BUST¥-DOUTmdpirIN3VQCIMREF鳥將厘3DI為了讓本產品加入智能家裝的行列，本產品采用了基于51單片Cl#V

10、QCV*QHOC»-T10UTC2*R1INCJ-R10UTVVI|IMT2WTfllMR2lNRJOUT機的觸摸屏控制器王誠成，應朝龍，周亮.基于51單片機的觸摸屏控制器制作J.電子制作，2009(9):32-34.,該控制器采用ADS7843觸摸屏驅動芯片，通過AT89C2051單片機編程產生驅動信號，并由串行通信對測量過程進行信息傳遞。觸摸屏驅動電路設計中，應用了ADS7843芯片作為其中的驅動模塊，它在控制器的作用下完成了觸摸坐標信息采集及A/D轉換，并將處理后的信息送到控制器中，實現了信息交互功能該觸摸屏控制器設計具有系統精度高、體積小、結構簡單、可控性高且軟硬件系統成本預

11、算低廉等特點。因此適合家庭使用，操作簡單,價格便宜質量可靠。四、產品的設計選型4.1碳纖維電熱板碳纖維（carbonfiber,簡稱CF）,是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維具有許多優良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比

12、熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。目前被廣泛使用在各個方面：居室供暖：住宅、別墅、寫字樓、酒店公寓；大型場館：圖書館、展覽室、會議廳、影劇院、幼兒園、娛樂場所、購物中心、銀行、醫院；特殊供暖：游泳館、體育場館、溫室花房、停車場、候車室、路橋隧道、廠房倉庫、機場、地面滑雪等。碳纖維產品在采暖方面的應用分了不少形式，比如短纖，短切纖維通常用在如碳晶"、地暖膜”等采暖產品上，石墨類產品在早起的采暖膜中應用比較廣泛，膜類產品除了在采暖上有所應用，在熱水器,工業設備恒溫環境保障方面應用也是十分廣泛。碳纖維

13、電熱板為非金屬的碳纖維發熱材料，與高強度絕緣材料經高溫高壓密閉復合而成一種加熱器件，如下圖2所示。圖2碳纖維電熱板其主要技術參數:表面溫度：<120°C功率：0.01w/Cm20.4w/Cm2耐壓：>3750V厚度：0.3mm1mm規格：980m慘1980mm范圍內可任選擇防水等級：IP6級以上阻燃等級：UL94V0級使用壽命：30000小時以上4.1.1碳纖維電熱板的工作原理熱量傳遞有三種基本方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。碳纖維電熱板以熱輻射方式為主，另外還有一部分是熱傳導的方式進行散熱。碳纖維電熱板通電后產生遠紅外線，將能量以此種方式在室內傳遞。另外，其本身也會產熱，

14、因是平面狀發熱材料，與被加熱體形成最大限度的導熱面，熱阻少，所以熱可以不銹鋼電熱板迅速傳給被加熱體。并且由于這種加熱方式熱導性好，所以碳纖維電熱板自身溫度并不高。碳纖維遠紅外電熱板工作時產生的遠紅外線能夠以光的速度傳播到人體，大部分被人體表面吸收，有少部分透射入人體內部再被吸收。輻射能的傳播可以不依賴于空氣介質，而和人體直接發生作用。而且空氣的主要成分。2、N2幾乎不吸收紅外波段能量，空氣只有在與熱源和被加熱體（人體）直接接觸時，才能接收一些能量，因此輻射采暖消耗于空氣的能量少，能量利用率高，采暖效果好。這種采暖方式與對流方式有著本質區別：對流采暖依賴于中間介質空氣，靠近熱的散熱器表面的空氣分

15、子吸收熱量，溫度升高，運動增強，在浮升力的作用下向空間的上部流動，從而驅使冷空氣流向散熱器。冷熱空氣如此往復流動，使房間活動區內空氣溫度最終達到要求。冷熱空氣流動的特點決定房間上部的空氣溫度始終比人所在的活動區溫度高，增加了能量的浪費，導致對流采暖中能量利用率相對較低，采暖效果差。不同的采暖方式，人體及周圍物體獲得能量的方式也不同。人體吸收輻射熱的性能很高，落在人體上的輻射熱的97%可被吸收。在對流采暖中，主要以對流方式從被加熱的空氣中獲得能量，因此室內的空氣溫度總是比周圍物體溫度高。而輻射采暖中，主要以輻射方式從輻射源直接獲得能量，室內的空氣溫度總是比周圍物體溫度低。這也是輻射采暖節能的原因

16、所在。實驗已經證明：輻射熱條件下的室溫16C,相當于1820c的對流環境，進而可以節省2030%的能源。碳纖維遠紅外電熱板在工作時會發射出816pm的遠紅外線，使人體皮膚2mm深處的熱點”傳感器產生刺激，因而人體感到溫暖。人體對熱的感受和其所處周圍環境及自身的散熱方式有關。人體會向外發散輻射熱，由于空氣不是一個良好的吸熱體，所以由人體輻射出來的熱往往是到環境中的固體物上的，如冷的窗玻璃、墻壁等。輻射是人體重要散熱方式之一，但當周圍物體（墻壁等）的溫度接近人體體溫時，輻射散熱就失去作用。因此在電熱膜采暖的房間內，雖然室內空氣溫度不高，但人卻不會感覺到冷，相反會覺得很舒服。4.1.2碳纖維電熱板選

17、型本產品中的碳纖維電熱板選擇為韓國碳纖維電熱膜電熱板，具基本參數如下表2:表2韓國碳纖維電熱膜電熱板規格（寬度）：50cm、80cm、100cm厚度：0.4mm額定電壓：220V額定功率：220W/平米半透明PET膜銅載流條寬度150mm銀粒子圖層寬度180mm韓國碳纖維電熱膜電熱板其基底材料為：聚酯薄臘；成分是：聚對苯二甲酸乙二醇酯；發熱體材料為特殊配方的碳纖維油墨、銀粒子等；載流條材料為：金屬銅；將碳纖維油墨印刷在聚脂薄膜上，再將兩層聚脂薄膜用特殊的熱壓工藝復合在一起，該產品是采用絕緣工藝10生產的，可在水中工作.發熱區為并聯線路。該產品是通過遠紅外線熱輻射使周圍密實物體（墻壁、地面、家具

18、等）首先吸收能量，溫度升高，然后由這些物體散發輻射熱來自然均勻地升高室內溫度，全然沒有傳統采暖系統帶來的干燥、悶熱的感覺，室內溫度保持均衡。遠紅外線熱輻射電熱板取代了以往通過電阻絲發熱供暖的傳統方式，安裝條件也打破了僅限于木地板的限制，而可以兼容地板、瓷磚、水泥地面等地面材料，設計更為人性化。發熱快、發熱均勻，電熱轉化效率高達98%以上。發熱快，通電10秒鐘即熱，五分鐘達到設定的溫度。溫度上升速度比普通電暖器快5倍以上，安裝于門內時，1小時左右可達設定溫度。傳熱面積比電阻元件增加90%,散熱面積是電阻絲的50倍以上。與市場上任何一種加熱介質相比，同樣效果節約能源約在15-50%。每千瓦時可發1

19、650大卡熱量。平均節能40元，運行費用低。五、市場前景分析目前市場上針對南方家庭采暖最常用的取暖設備有壁掛爐、電暖器、空調、暖風機、地暖等。不管是在價格、效能、舒適度、時尚性等方面都存在不足。5.1 空調采暖空調采暖是指用冷暖空調采暖或者是中央空調采暖。主要常見于南方地區，而在北方地區應用較少。一是因為北方有集中供暖，二是因為北方冬天氣溫普遍較低，而空調在5攝氏度下制熱能力就會大幅降低，因此也不大適用于北方地區。優勢：可控性強，空調操作簡單方便，啟動升溫速度快，且能夠定時、定溫，精確調節溫度。止匕外，11不用的時候，可以將之關閉，非常靈活。劣勢：費用較高，空調的初裝費就比較高。而在后期采暖過

20、程中，耗電量較大，電費開支較大。舒適度低，由于空調是依靠熱風強吹到屋面的中下部，熱量分布不均勻，上熱下涼。此外空氣對流猛烈，機械性強制吹風讓人感覺不舒服，且加快空氣中的水分蒸發和揚起灰塵，降低了室內空氣質量，或會誘發呼吸道疾病。5.2 地暖采暖地暖采暖是以整個地面為散熱器，通過地面輻射層中的熱媒，均勻加熱整個地面，利用地面自身的蓄熱和熱量向上輻射的規律由下至上進行傳導，來達到取暖的方式。地暖是一種比較新的采暖方式，分為水地暖和電地暖。水地暖：以溫度不高于60c的熱水埋置于地面以下填充層中的加熱管內循環流動，加熱整個地板，通過地面以輻射和對流的熱傳遞方式向室內供熱的一種供暖方式。電地暖：將外表面

21、允許工作溫度上限為65C的發熱電纜埋設在地板中，以發熱電纜為熱源加熱地板，以溫控器控制室溫或地板溫度，實現地面輻射供暖的供暖方式。地暖優劣勢分析(1)采暖范圍水地暖：水暖管路必須連續，因此適用于大面積連續區域使用。而且溫足而涼頂，非常舒適。電地暖：采用電地暖，只要該房屋能正常使用空調，則電路能承受電暖功率，否則要慎重考慮，以免負荷過大。電地暖安裝相對水地暖靈活，能夠分區域安裝。(2)升溫速度水地暖：水暖一般情況下，采暖季第一次啟動時，升溫在六個小12時以上，二次啟動在1.5小時以上。如果大面積采暖，或樓層較多時，如未使用泵，或者高溫混水的用戶，時間還要延長，鍋爐功率較小時，時間也要相應延長，但

22、是鍋爐功率過高，能耗增加。電地暖：有多種產品樣式，除了電纜升溫速度較慢外，其它類型的升溫都比較快，一般在1個小時以內，部分可在半小時內升溫。相較于水暖升溫速度較快。(3)使用壽命水地暖：水地暖是很多材料的集合，如：鍋爐，管材，分集水器，閥門，溫控等，其中合格的PE-RT管材的壽命一般是50年，而其它的產品，如鍋爐，分集水器，閥門，溫控等，由于品牌眾多，質量不一，一般在十年左右都有進行更換。電地暖：電地暖有電熱電纜、電熱膜等多種形式，就電熱電纜來講，在實際使用中，一般的有效壽命為30年。(4)安全性水地暖：水地暖下面是水管，一般來說地面盤管是無接頭，不會存在漏水的隱患。電地暖：一般來說也不會漏電

23、，而且現在每家每戶都有漏電保護，并且整幢樓也有總的漏電保護，安全性能好，不會有危險。5.3 暖氣片采暖暖氣片采暖主要是利用壁掛式鍋爐加熱循環熱水，在通過管材將熱水傳遞到暖氣片，暖氣片將適宜溫度的熱氣輸出，利用空氣對流提高室內溫度的供暖過程。5.4 勢5.5 ：暖氣片升溫快、散熱效果好。好的暖氣片大約為10分13鐘開始散發熱量，半個小時達到預設的溫度，即開即用，無須等待，節約時間。對地面材料沒有要求：不管是pb管還是鋁塑復合管都可以做保溫導管，不影響家里的地面。可明裝也可暗裝：裝修好了的房子也能夠通過明裝暖氣片來進行安裝，并且不會影響到家里的原有裝修和家庭生活。2、劣勢舒適度低：相對于地暖，暖氣

24、片舒適度較低，可能會造成室內冷熱不均的現象。占用空間：并且暖氣片安裝需占用部分空間，不適用于室內空間較擁擠的房屋。5.4碳纖維電熱板采暖優勢一：使室內環境更加舒適宜人，感受陽光沐浴外，產品質量檢驗中心測定，波長集中在815w波段，完全覆蓋在太陽照射光線的紅外光波長之內，讓您的室內充滿陽光。優勢二：避免了空氣對流，衛生環保。輻射供暖通過遠紅外線輻射形式散熱取暖，對室內物體直接加熱升溫而不通過加熱空氣升溫：不會造成室內燥熱，異味，皮膚失水，口干舌燥，室內塵埃，污濁空氣對流。優勢三：熱性能更高：更穩定碳纖維是電熱體是一種全黑體材料，電熱能轉換率能達到99%以上，在電熱過程中，抗拉強度沒有極大變化：前

25、期經過科技處理，高溫狀態下不氧化，其單位面積的電流負荷不發生。優勢四：不占有使用面積。看不見的享受科源碳纖維電熱板可根據需要，選用不同功率，靈活敷設在地面：墻面和吊頂上，不占用任何室內平面空間，使室內空間可以更靈活地布置和安放家具，增加使14用面。優勢五：低費用運行。高品質享受紅外線輻射采暖，碳纖維熱轉換率高，聚苯乙烯保溫層等諸多優勢降低了采暖的運行費用，碳纖維地板采暖，當室溫設計到16c時能達到普通水暖20c的取暖效果，電熱轉換率為99%。遠紅外輻射采暖，室內周圍物體溫度高于空氣溫度，在短期關閉供熱系統時，室內周圍物體散發的熱量會起到保持室溫穩定的作用，碳纖維電熱板是以高科技的碳纖維材料為發

26、熱體碳纖維面狀發熱材料，克服了以往其它發熱材料長期使用電極間過電流、易斷裂、發熱體過氧化、易脫落、絕緣強度低、耐熱性能差等缺點。5.4.1 碳纖維電熱板功能特性1:電熱轉換效率達到98%以上，節能省電發熱快，通電即熱，5分鐘達到設計溫度。2:溫度均勻，面狀發熱，不起泡，不起層。3:防水等級6級，經特殊設計可浸泡于水中使用。4:超薄柔軟，可以卷成圓形或半圓使用。5:采用天然材料制造，環保健康。6:發射超強遠紅外波，保健理療功效顯著。7:使用壽命長達30000小時。5.4.2 碳纖維電熱板性能特點1、高效節能碳纖維電熱板采用非金屬碳質材料，通電發熱時直接將電能轉化為熱能，不會產生光能和機械能，無自

27、身熱損耗，經國家紅外及工業電熱產品質量監督檢測中心檢測證明：電熱轉換效率高達99%以上，15其最大的特點是以最佳的輻射熱的方式傳遞，電一熱輻射轉換效率超過60%以上，而且是面狀發熱，發熱速度快且均勻，通電1分鐘表面溫度即可達到設計溫度；與傳統的傳導熱：對流熱相比本產品的節能達到30%以上。其節能原理：面狀發熱電熱板是面狀散熱，其導電發熱體如同三維網絡，局部無序：整體有序的短碳纖維所形成的面狀電阻體，面狀電阻體即是發熱面又是散熱面，傳熱面積比電阻絲增加99%,散熱面積是電阻絲的50倍以上。電子撞擊發熱熱元件在電引發激勵條件下產生熱反應，電子在熱元件中作高速運動，并在不規則導體面狀電熱板上產生布朗運動，電子間的撞擊和摩擦產生熱量，穿透介質；整個發熱過程無聲：無光：無污染，是名副