在“全球战疫，共克时坚”的特殊时期，为鼓励我校学生，放飞科学梦想，投身创新实践，举办“挑战爱迪生”亲子创新赛，家长和孩子一起创新,小手牵大手,大手引小手,在共同的创新活动中，提升创新理念,提高创新能力,挑战爱迪生的同时，营造和谐融洽的家庭氛围。

一、参与对象：

1、本校初一、初二，高一、高二有条件的同学,踊跃参加。

2、比赛组别：按年级分为初一年级组、初二年级组、高一年级组和高二年级组四个组。

二、评选形式：

同学们根据自己的研究领域与研究成果填报创新项目研究报告书，6月15日前将纸质材料交科技办公室(c2-102)，各年级资料汇集至学校大赛组委会，专家组评选年级一、二、三等奖，比赛成绩将于7月10日公布，其中比赛一等奖获得者，准备参加9月份开始的现场答辩（或网上答辩），更优秀的同学将代表学校，参加区、市、省级创新大赛。具体要求如下：

1、创新项目研究报告书：报告书是关于选手从事某项研究工作的过程性及成果性资料，其中包括《创新项目研究实施方案》、《创新项目研究结题论文》两部分内容。《创新项目研究实施方案》包括研究的意义，研究的目标，研究的内容，研究的方法，研究的步骤等；根据采取的方法不同，其方案可以是调查方案、实验方案、观察方案等。《创新项目研究结题论文》需包含课题研究过程的照片，至少4张。

2、现场答辩：现场答辩选手根据自己的论文资料等制作答辩PPT和海报X展架，展架尺寸60CM*160CM。海报包括必要的选手信息与研究成果。可以是研究方案的精简版。

三、研究类别：

参与评选的按研究类别分发明创造、科学探究、创意设计三个方向。

1、发明制作：小发明创造结合自己的发明作品提交研究报告，作品需满足科学性、新颖性、实用性的三性原则，制作实物作品，答辩时可携带实物作品至现场。暂未完成实物作品的或无法完成实物作品的，可制作实物模型或提设计图稿与功能示意图。推荐使用专利检索网站，进行创新项目新颖性的检索。

2、科学研究：科学研究可以是针对某个科学知识展开的研究工作，知识领域可以是数学、物理、化学、生物、计算机程序、机器人、人工智能等各个领域。研究方向可以是具有创新性的也可以是现有的结论或知识通过科学的研究方法进行探索。

3、创意设计：创意设计是选手根据创意想法进行的概念或实现方式设计。对于先进的暂时无法实现的技术可以提出超越现实的设想，但需要满足一定的科学性，并能对未来的社会产生积极推动作用。

四、领导小组

成员：校长室、德育处、年级组、王亭、丁震、陈建、方经纶、过雪梅、高俊涛、朱光荣、周毅、陈静、陶生大

“挑战爱迪生”亲子创新项目研究报告书

此表复印有效，内容多可另附纸张。格式可自行确定。

实施方案和研究论文范例:

《具有储热和缓释功能的电地暖》研究实施方案

研究的意义

目前市场上常见的地暖主要为水地暖和电地暖，由于电地暖铺装方便、节能、环保等特点越来越受到用户的青睐。特别是电地暖将电能直接转化为热能，无需用水，可节约宝贵的水资源，更有效的避免集中供热中水地暖供热中可能出现的设备占地问题，有利于城市规划。为了更好的利用谷时电的价格优势，晚间对地暖进行加热，在储热层中设置相变材料——石蜡与泡沫金属制成相变储热元件吸收和存储热量，在白天利用相变储热元件为地暖持续进行供热，满足使用要求。因此，在电地暖的地板和电热元件之间设置储热层，研究具有储热和缓释功能的储热层就非常有意义了。

研究的目标

电地暖因为其安装成本低，升温快，不需维护等优点越来越收到许多家庭的关注，但又因其运行费用较高而止步。设计一种电地暖，能够具有储热和缓释功能，既能保持目前市场上电地暖的优势，又能大大降低其运行费用。

研究的内容

结合生活中的电热垫和暖手宝的工作原理，设计一种具有储热和缓释功能的电地暖，在地板与发热源之间设置一层储热层，当发热源在晚上谷时电期间通电加热时，储热层可以吸收和存储热量，在白天断电时储热层可以缓慢释放储存的热量持续对地板供热，长时间保持地暖温度以满足使用要求。具有储热和缓释功能的储热层是我研究的主要内容。

研究的方法

因为使用电能，所以储热层必须能够绝缘,从而保证人身安全，我选择多孔陶瓷材料，作为储热层显热储热元件，在相对密封的条件下，多孔陶瓷的空隙可以容纳较多的热空气，起到保温储热的作用。对于显热材料，我通过查阅资料，选择了无污染、价格低廉、熔点较低的石蜡作为相变材料，石蜡相变的温度可以在14℃-65℃范围变化。在验证石蜡导热和流动性实验时，发现石蜡的导热性能较差，因此，在石蜡的中心引入导热材料，选择了泡沫铜作为导热元件，在密闭的胶囊容器中能够将石蜡迅速融化而发生相变进行储热。将石蜡和泡沫铜封装在密闭的胶囊容器中，使其成为储热层中的“热点”，将这些具有潜热储热功能的“热点”，设置在多孔陶瓷中，一起构成储热层。在多孔陶瓷中设置多种相变温度的“热点”以满足缓释热量的要求。利用谷时电的价格优势，在晚间通电时发热源对储热层进行加热，白天发热源断电时由储热层持续释放热量对地板进行加热。

研究的步骤

首先我通过网上查阅资料和走访装饰建材市场，了解到市场上地暖主要有水地暖和电地暖这两种形式的地暖。根据电地暖的特点，提出在发热层和地板层间设置储热层，将石蜡和泡沫铜封装在密闭的胶囊容器中，使其成为具有储热功能的相变储热单元，利用谷时电的价格优势，在晚间对储热层的相变储热单元进行加热，白天由相变储热单元持续释放热量对地板进行加热，从而满足对地暖的使用要求。

《具有储热和缓释功能的电地暖》研究结题论文

目前市场上常见的地暖主要为水地暖和电地暖，由于电地暖铺装方便、节能、环保等特点越来越受到用户的青睐。为了更好的利用谷时电的价格优势，晚间对地暖进行加热，在储热层中设置相变材料——石蜡与泡沫金属制成相变储热元件吸收和存储热量，在白天利用相变储热元件为地暖持续进行供热，满足使用要求。

一、研究的背景

今年春节大伯家乔迁新房，邀请我和爸爸妈妈一起到他家欢度春节。春节期间的室外气温还在零下5℃，因为大伯家装了地暖，所以，室外虽然天寒地冻，但是在室内却是暖意融融。可是夜里睡觉时，我被冻醒了，身上袭来一阵阵寒意，爸爸对妈妈说，地暖不热了，于是我们只好打开了空调，继续入睡。我们住的客房地暖为什么会不热呢？后来维修师傅告诉我们，大伯家地暖的供暖方式是水采暖，利用地面下管路中的热水循环给地板加热，我们住的客房地暖管路里混入了空气，影响了热水的正常循环造成了客房地暖不热。当时我的脑中就闪现出一个想法，我可不可以设计一种更好的能够稳定供热的地暖？在书桌上的电热垫，插电可以取热，手中的暖手宝，通电十几分钟，可以捂手1-2个小时，由此，我想到能否结合电热垫和暖手宝的工作原理来设计一种电地暖。我把这个想法跟指导老师和爸妈说了，他们给了我充分的肯定和鼓励，于是我带着这个想法开始着手进行研究。

二、研究过程与结果

通过网上查阅资料和走访装饰建材市场，我了解到市场上地暖主要有水地暖和电地暖这两种形式。水地暖是指把水加热到一定温度，输送到地板下的散热管路，利用地面自身的储热和热量向上辐射的规律，通过地板发热而实现采暖目的的一种取暖方式。电地暖将电能直接转化为热能，通常以低温发热电缆、碳纤维发热膜为热源来加热地板，地暖通过热源在地面下方以传导、辐射和对流的传热方式向室内供热。经过比较对照水地暖和电地暖的构造及其特点，我发现电地暖安装成本低，无需专用设备，无需用水，无需后期维护，且升温快等优点越来越成为更多家庭采暖方式的首选，但是，电地暖的运行费用（电费）较高，如何解决这个问题呢？

图1在淮安市锦绣装饰城调查地暖产品

对于电地暖的运行费用较高的问题，我想到了两个解决的方法。一是降低电费。通过调查，我了解到目前江苏省的城镇居民用电可以选择采用分时供电，具体设置为上午8点至晚间21点为峰时电，晚上21点至第二天上午8点为谷时电，峰时电的价格为0.558元/千瓦时，谷时电的价格为0.358元/千瓦时。显然，如果充分利用晚上谷时电的优惠电价实现电地暖的采暖，可以节约1/3电费。二是设计具有良好储热和缓释热量功能的储热元件，在谷时电期间充电储热，在白天断电放热。根据调查，当前市场上的电地暖大多为即热型的，也就是发热源（如碳纤维发热膜）在通电后将电能转化为热能，当达到设定的温度时断电，如果地面的装饰材料为地砖时，地暖温度会迅速降低，而地面的装饰材料为木质地板时，地暖温度下降的速度相对较慢。但无论是哪种地面装饰材料在断电后，都不能持续保温较长时间。因此，我想到可否在地板与碳纤维发热膜之间设置一层储热层，使它在晚上谷时用电期间，碳纤维发热膜通电后，能够传热和储热。在白天峰时用电期间，碳纤维发热膜断电后，储热层可以缓慢释放储存的热量持续对地板供热，长时间保持地暖温度以满足使用要求。

冬天用来捂手的暖手宝的结构如图2所示，它是利用对陶瓷发热体通电加热， 在保温棉的保温下持续发热。

图2暖手宝结构图

基于对暖手宝结构的了解，我走访了市场，确定了我的研究重点是储热层材料的选择及其结构的研究。目前市场上，地暖的储热层通常是在铺设地暖管路或者发热电缆后用混凝土和卵石混合回填后再找平地面，这一层将作为地暖的储热层。而采用碳纤维发热膜作为发热元件的电地暖是将碳纤维发热膜与地板直接接触，通常没有储热层，所以，这一种电地暖虽然升温快，但是，一旦断电降温也快。通过什么方式可以使储热层具有储热能力呢？我通过查阅文献资料，了解到热能的储存方式有显热式、化学反应式和潜热式。显热储能方式是在材料升温和降温的过程中利用材料原有的热容进行能量的储存和释放，这种方式虽然运行简单，成本低，但是储热密度相对较小。化学反应储热多是利用化合物的可逆化学反应过程释放和储存热量，此种方式储热密度高，清洁，无污染，不过反应相对复杂，技术难度也较高。潜热储热是利用相变材料在相变过程中吸收或释放热量来进行能量的储存或释放，具有储能密度大的优点，有着广阔的应用前景。

通过比较三种储热方式的特点后，我决定利用显热储热和潜热储热组合构成储热层。因为多孔陶瓷是一种多孔结构的固体材料，在受热后可以均匀将热量传递给地板，相对储热密度较高，并且它是一种绝缘材料，可以很好地起到安全保护作用。因此选择多孔陶瓷作为储热层主体。由于石蜡价格低廉，增加不同的添加剂可以形成不同相变点的石蜡。石蜡相变的温度可以在14℃-65℃范围变化，所以选择石蜡为相变储热元件中的潜热储能材料，但是，石蜡的导热性较差，为了改善这一性能，在石蜡中加入了泡沫铜。最终，我将石蜡和泡沫铜封装在密闭的胶囊容器中构成相变储热元件。我设计的储热层结构是在多孔陶瓷的中间设置若干个孔洞，在孔洞中放置相变储热元件。在碳纤维发热膜对多孔陶瓷加热的同时，相变储热元件在加热过程中由于相变而吸收大量的热量。当碳纤维发热膜断电，停止向储热层进行加热后，达到相变转化温度时，相变储热元件将储存的热量释放出来，继续对多孔陶瓷加热，即对地板进行加热。相变储热元件相当于在储热层中“热点”。这样储热层中的多孔陶瓷以“显热”方式对直接地板进行加热，相变储热元件则以“潜热”方式通过石蜡的相变对地板进行加热。具有储热缓释功能的储热层结构如图3所示。

图3具有储热缓释功能的储热层结构图

我们制作的相变储热元件和储热缓释功能的电地暖结构模型，如图4和图5所示。图6是调试和装配具有储热缓释功能的电地暖结构模型。

图4相变储热元件的组成

图5具有储热缓释功能的电地暖结构模型

图6调试和装配具有储热缓释功能的电地暖结构模型

三、研究的具体内容

通过对具有储热和缓释功能的电地暖的研究，结合我在生活中对电热垫和暖手宝的认识，在指导老师和爸妈的指导下，我们调研了地暖产品的市场，查阅了许多的文献资料，对地暖的结构和使用情况有了基本的了解。市场上电地暖采用的是电热电缆或碳纤维发热膜直接对地板进行加热，升温迅速，可以做到即用即热。也有的厂家采用在电热元件与地板之间增加储热层，这一储热层通常是卵石和混凝土组成。在使用一段时间之后，会在储热层表面形成一层盐霜似的晶体，这一现象称为“泛碱”现象。这层晶体会影响储热层对地板的传热效果，对地板，特别是木质地板造成损害。因此，在我的研究过程中，选择多孔陶瓷作为储热层主体，提出了将石蜡和泡沫铜封装在在密闭的胶囊容器中，并放置在多孔陶瓷的本体中，使其成为利用相变储热（放热）单元，根据石蜡的相变温度的不同，可以设置多种相变温度满足相变储热单元缓释热量的要求。利用谷时电的价格优势，在晚间对储热层的相变储热单元进行加热，白天由储热层持续释放热量对地板进行加热，从而满足对地暖的使用要求。

应用具有储热和缓释功能的电地暖，一方面可以利用峰谷电的价格差，夜间充电储热，从而节省1/3的使用电费，另一方面，可以利用多孔陶瓷与相变储热单元组成的储热层的热量缓释功能，在白天断电的状态下，持续地对地板供热。这样用电量少了，单位电费少了，而且作为储热元件的多孔陶瓷和石蜡的价格低廉，所以目前市场上电地暖运行费用较高的缺点在我的设计中得到了有效地解决。

四、结论

通过对本课题——具有储热和缓释功能的电地暖的研究，结合我在生活中对电热垫和暖手宝的认识，在指导老师和爸妈的帮助下，我们调研了地暖产品的市场，查阅了许多的文献资料，对淮安地区地暖的使用有了基本的了解，提出了将石蜡和泡沫铜封装在在密闭的胶囊容器中，使其成为具有储热功能的相变储热单元，根据石蜡的相变温度的不同，设置多种相变温度满足相变储热单元缓释热量的要求。利用谷时电的价格优势，在晚间对储热层的相变储热单元进行加热，白天由相变储热单元持续释放热量对地板进行加热，从而满足对地暖的使用要求。

（示例材料来自网络）