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1、青海师范大学暖“心”门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：14 B学生姓名：张 力学 号：日 期：2023年6月6日指导老师：袁 娇目录一、引言1二、研究背景12.1 南北冬季气温的差异12.1.1 纬度影响12.1.2 地形影响22.2 取暖方式的差异2三、产品介绍33.1 主要介绍43.2、产品结构图43.2.1 碳纤维电热板43.2.2 整体效果图53.3 技术水平53.3.1 触摸屏控制电路5四、产品的设计选型74.1碳纤维电热板74.1.1碳纤维电热板的工作原理84.1.2碳纤维电热板选型10五、市场前景分析115.1 空调采暖115.
2、2 地暖采暖125.3 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17一、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，室内室外温度同样，随着寒潮的到来全国都在冷风中“一夜变冬天”。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。目前在南方重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，但都各有优缺陷，在能保证提高室内温度的前提下，不保证人体的舒适度。集合当前几种取暖设备的优点，推出
3、新一款适合广大南方家庭使用的取暖设备暖“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，也伴有不同限度的降水。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，随着有强降水或降雪，当冷空气稳定下来之后，天气又是比较晴朗的，但是气温仍然较低。而南方不同，当冷空气已无力再南下时，天气转晴，
4、气温骤然又升，如同夏季。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性。而成都的气温高于同纬度地区的因素还是由于盆地地形。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，特别是四川盆地和青藏高原几乎不受冷空气的影响。四川盆地是
5、由于山岭围绕，阻挡了冷空气的进入，而青藏高原则是由于海拔太高，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5的日数大于或等于 90 天被界定为集中供暖的地区，重要涉及华北、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，划定北方为集中供暖区，南方不集中供暖，此即
6、为南北供暖线如图1所示。从计划经济时代，北方城乡就确立了强制性的集中供暖制度，并在2023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，北方居民仍然可以享受到政府和单位所提供的供暖补贴，可以安然地在1820摄氏度的如春天般的暖室里度过漫长冬季。由于历史因素，将广大的中国南方地区硬性地规定为冬季供暖“禁区”，因而在很大限度上克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，从而极大地满足了日益繁荣的市场需求。在2023年8
7、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第五届 ISH Shanghai &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。图1 南北供暖线三、产品介绍3.1 重要介绍暖“心”门重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，能在几分钟内达成设定温度，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空间内的温度5度以上，高效的碳纤维电热板能更大限度的节省电费。运
8、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中提前设立设备启动时间、设定温度大小、开设时长等，当室内温度达成所设定值时，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。本产品重要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
9、受生活，重要针对的群体是南方广大家庭，每个家庭的门的大小都不同样，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, 2023(9):32-34.，该控制器采用 ADS7843 触摸屏驱动芯片，通过
10、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毕了触摸坐标信息采集及 A/D 转换，并将解决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、结构简朴、可控性高且软硬件系统成本预算低廉等特点。因此适合家庭使用，操作简朴，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（carbon fiber，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
11、墨化解决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、娱乐场合、购物中心、
12、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 碳纤维电热板其重要技术参数：表面温度：120C功 率：0.01w/Cm20.4w/C m2耐 压：3750V厚 度：0.3mm1mm规 格：980mm1980mm
13、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，此外尚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。此外，其自身也会产热，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可以以光的速度传播到人体，大部分被人体表面吸取，有少部分透射入人体内部再被吸取。辐
14、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。并且空气的重要成分O2、N2几乎不吸取红外波段能量，空气只有在与热源和被加热体(人体)直接接触时，才干接受一些能量，因此辐射采暖消耗于空气的能量少，能量运用率高，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子吸取热量，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成规定。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，增长了能量的浪费，导致对流采暖中能量运用率相对较低，采暖效果差。
15、不同的采暖方式，人体及周边物体获得能量的方式也不同。人体吸取辐射热的性能很高，落在人体上的辐射热的97可被吸取。在对流采暖中，重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边物体温度高。而辐射采暖中，重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边物体温度低。这也是辐射采暖节能的因素所在。实验已经证明：辐射热条件下的室温16，相称于1820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816m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边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，但当周边物体(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，相反会觉得很舒适。4.1.2碳纤维电热板选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，其基本参数如下表
