引言随着科技的迅猛发展，电热膜、发热电缆等技术逐渐成熟，成为电采暖的主流方式。但现有电采暖产品普遍存在电功率高、单位能耗偏高等问题[1]，平均能耗为120~180 W/m2。供暖方式多元化是低碳绿色发展的必经之路[2-3]。清洁能源综合供暖系统的研究及其产业化开发顺应我国能源战略与环境的发展需要，具有极大的工业应用价值与市场推广空间[4]。碳晶供暖具有节能低碳、保护环境的优势，能够满足不同地区、不同气候环境条件的采暖需求[5]。碳晶供暖技术中，发热体中的碳分子团在电场的作用下发生强烈的碰撞，发生布朗运动。分子团相互接触产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，将超过98%的电能转化为热能。在碳分子的相互作用下，碳晶电热板表面温度快速升高，热源向外扩散，传播到房间的每一个角落。电能以远红外辐射热能和对流热能的形式输出，帮助室内空间快速升温。部分学者对碳晶采暖进行了一定的研究。何建[6]等结合近几年碳晶电采暖的实际应用，分析研究碳晶电采暖及其智能控制系统的组成。谭羽非[7]等采用实测和模拟相结合的手段对碳晶电热板系统温控调节过程进行研究，提出合理的温控控制因素和调节方案。王璇[8]等通过对比碳晶电热板采暖系统与传统采暖系统的优缺点发现，碳晶电热板采暖系统具有节能、精确控温、快速升温、维修方便等优势。使用碳素晶体发热板作为新型节能供暖材料，配合远程集中控制系统，采用多时段温控技术，对多栋楼、多楼层分散式碳素晶体发热板进行集中监测、计量和自动控制。1碳晶供暖工作原理碳素晶体发热板属于新型节能供暖材料，以电能为输入，在电场作用下碳分子团发生布朗运动，产生大量的热能，辐射大量波长为8~14 μm的远红外线，达到远红外辐射供暖效果。碳素晶体发热板仅需5~10 min可以快速发热，并将热能缓缓地向室内空气传递，在热轻冷重作用下产生热对流，带动室内环境温度迅速提升，达到室内供暖效果。国内外的碳晶供暖控制技术研究中，一般用于温控调节技术，未采用集中控制系统实现各房间的温度、碳晶板运行状态及用电量的集中远程监测、计量和控制管理；未曾采用多时段温控技术，实现不同时间内对室内温度的精准控制。（1）在电场作用下，碳晶电热板辐射大量远红外线，远红外线到达受体后被吸收转化为热能，使受体的温度迅速升高。这种供暖模式产生的热能直接补偿人体表面散热，使人体热感觉增强。远红外线到达墙体及其他角落时，其加热速度比空气快，使环境温度更加均衡。（2）碳晶电热板表面材料吸收远红外能量，10 min后发热体与蓄热层即可达到热态平衡，蓄热层产生的热能向周围空区传递，冷热空气相互运动产生对流，带动室内温度提升。（3）碳晶供暖材料的使用寿命较长，达10万h。该技术具有较强的灵活性，可以以任意方式组装，满足小面积安装条件。碳晶供暖系统不需要定期维修，节约了其他供暖方式所需的维修和运营费用。2碳晶供暖负荷及安设布置2.1碳晶供暖负荷计算办公生活区采暖热负荷如表1所示。按照矿区办公生活区采暖热负荷统计，该区域供暖负荷3 219 kW，一般按照平均80~100 W/m2铺设，室内温度达18~20 ℃以上。按照每块墙暖供暖功率为500 W考虑，预计安装6 438块墙暖。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.017.T001表1办公生活区采暖热负荷建筑物名称室内计算温度/℃采暖建筑体积/m3采暖热指标/[W/(m3·K)]室内外温度差/℃供暖负荷/W办公楼1838 3710.533633 122食堂1816 3000.633322 740培训中心1820 2930.533334 835门卫、消防室183962.03326 1361#宿舍1811 1680.733257 9812#宿舍~6#宿舍1819 3720.5331 278 552综合楼1815 8320.733365 7192.2碳晶供暖及自动控制系统布置（1）碳晶布置。采用墙体挂式敷设，碳晶热板悬挂高度为1.5 m时，室内温度舒适，达到最佳供暖模式。（2）自动控温系统。碳晶发热板系统配电方式如图1所示。碳晶供暖热板采用分散式安装，可以实现每个房间的单独控制；使用智能温控系统，室内温度达到设定温度时，系统自动停止加热；考虑办公特点，选配设置分时段控制模式，有人即开、无人即关。采用自动控温系统可以极大地降低运行费用。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.017.F001图1碳晶发热板系统配电方式（3）远程监测、计量。采用集中控制系统实现各房间温度、碳晶板运行状态及用电量的集中远程监测、计量和控制管理。采用RS485平台控制架构，按照需求预先设定配置参数，通过时间、温度控制以及加热系统的自动启停达到预定室温，实现碳晶采暖的集中监测、控制、管理和计量。3碳晶供暖及自动控制系统安装碳晶供暖及自动控制系统由碳晶发热板、箱式变电站、智能温控器、远程控制计量软件等组成，具体安装步骤如下：（1）安装碳晶发热板及供电装置，安装碳晶发热板时根据设计高度和每个房间的电功率进行组合。在宿舍楼区域安装1台2 500 kVA箱式变电站，办公楼、食堂区域安装1台1 250 kVA箱式变电站，进行矿区35 kV变电所至箱式变电站及变电站至生活办公区碳晶供暖专用电缆的敷设。在每栋楼的每一层安装碳晶供暖专用配电箱，每个房间的碳晶发热板安装单独的电源开关，电源开关配有漏电保护装置。（2）安装碳晶供暖系统的供电设施及远程控制计量设施，在办公楼集控室远程监测控制电脑及软件。（3）对碳晶供暖系统进行调试，检测碳晶发热板的运行情况，对房间内的温度进行检测，8：00达到24 ℃，23：00达到27 ℃（非供暖季，室内温度偏高）；对碳晶板远程监测系统进行调试，每个房间的室内温度、设定温度及电量计量准确；检测远程分时段控制情况，设置8个时间段，每个时间段设置不同的温度，温度均能按设置时间进行调整。（4）对生活办公区域碳晶供暖及自动控制系统进行调试，直到各项性能指标符合设计要求。4实际供暖效果分析生活办公区的宿舍楼、办公楼各选取1个房间，分别在8：00和23：00测量室内温度，每个房间测量116组温度数据。每月数据各随机抽取2组进行对比分析。宿舍楼、办公楼房间内温度监测部分结果如表2、表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.017.T002表2宿舍楼房间内温度监测部分结果时间室内温度/℃11月14日7：562022：582011月24日7：592323：002112月5日8：052222：591912月30日8：032123：02211月2日7：552123：01201月27日8：012222：55202月10日8：002223：00212月28日7：572022：56203月7日7：562223：00223月20日7：582222：592310.3969/j.issn.1004-7948.2023.02.017.T003表3办公楼房间温度检测部分结果时间室内温度/℃11月1日8：102123：002311月27日9：002123：002312月9日8：102023：072312月21日8：102023：00231月6日8：002123：03231月13日8：012323：00222月7日8：002123：00232月20日8：052023：02223月1日8：002123：00223月25日8：102123：0723由表2、表3可知，室内最高温度23 ℃，最低温度19 ℃，室内温度低于20 ℃一次，其他测量结果均大于等于20 ℃，不合格率为2.5%。随后对系统进行完善，在系统后期运行中均满足设计要求。5结语（1）碳晶供暖以电能为输入，以碳素晶体发热板为发热载体，通过碳分子团布朗运动摩擦发热并产生远红外线辐射传热，具有升温效率高、使用寿命长、安装灵活等特点。（2）采用碳素晶体发热板联合温控器实现对生活办公区的供暖，采用温控器通过感应采暖室内环境温度的变化控制碳晶板的温度，解决分散式供暖不易控制的难题。（3）在宿舍楼和办公楼各选取1个房间测量温度数据。随机抽取2组进行对比分析，室内最高温度23 ℃，最低温度19 ℃，室内温度低于20 ℃一次，其他测量结果均高于20 ℃，不合格率为2.5%。