碳纤维电地暖系统 在绿色节能建筑中的应用探讨

文/闫文化

碳纤维电地暖系统 在绿色节能建筑中的应用探讨

文/闫文化

几年来，“雾霾”成了热词，空气污染对人造成的伤害成了严重的社会问题。中科院大气物理研究所研究员张仁健课题组与同行合作，对北京地区2009年至2010年PM2.5化学组成及来源研究发现，北京PM2.5有6个重要来源，其中燃煤占了18%，而冬季燃煤采暖占了相当大的比例。在大陆的许多地区，冬季燃煤、燃气采暖的比例要远远高出这一数据。在这种背景下，碳纤维电地暖系统作为环保节能的绿色采暖产品更加受到人们的关注。

碳纤维电地暖系统性能特点

碳纤维是一种具有导电性、强度大、密度小、耐腐蚀、耐高温的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料，可以代替铝合金等金属制成推力大、噪音小、低耗能的航空飞机，广泛应用于航空航天领域。用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料具有优良的电学、热学和力学性能，用它们代替钢材和合金，在化工、机电及航空航天领域都有着广泛的应用。

在采暖领域使用的碳纤维电热转换率高达98%以上，是一种节能、环保、安全的新型加热材料，被国家节能大纲列为推荐的节能材料之一。作为电热体，有着金属、PTC等发热体所不可比拟的诸多优异性能。同样，碳纤维电地暖系统也具备以下优势：升温迅速；电热转换效率高，节省电能；环保，整个加热过程中无声、无光、无任何污染物排放；抗拉强度高，重量轻；化学性能稳定，使用寿命长；碳纤维加热时大量释放远红外，远红外具有理疗保健的作用。

碳纤维电地暖系统工作原理

碳纤维电地暖是大量的碳纤维晶体在电场作用下，能够相互摩擦、振荡，晶体在电场作用下作“布朗运动”，并产生大量的热量。从而实现“电能→热能”的转换。大量的实验数据证实，碳纤维晶体的电→热转换效率达到了98%以上，比常用的镍铬合金等电热丝高出20%以上。

碳纤维电地暖系统能效分析

当室内风速小于0.05 m/s时，平均辐射温度变化1℃对人体热感觉的影响基本相同，由于碳纤维电地暖所产生的远红外平均辐射温度较高，而且室内沿高度方向向上温度分布均匀，温度梯度小，人处于加热区内，而散热器供暖温度最高区位于墙体上，使用对流加热原理，温度梯度大，当人的感觉温度相同时，碳纤维电地暖供暖房间的室内空气平均温度要低于对流供暖房间的空气温度，降低房间热负荷。在等效热舒适条件下，碳纤维电地暖辐射采暖的室内计算温度可比传统对流散热器供暖系统低2～3℃。

传统的水暖对流散热器供暖系统水温要求在80～95℃，而水地暖低温地面辐射采暖系统要求在55～65℃，温度要求较低的热水在传输时散热损失小。

碳纤维电地暖系统是把电能直接转换成热能，采用低温辐射技术，整个地板加热温度在25～30℃，采用室内地面整体加热方式，比传统加热方式更为节能，节能在20%以上，且舒适度更高。

碳纤维电地暖系统应用论述

碳纤维材料进入民用采暖领域的时间很短，因为人们对碳纤维材料认识不足，一些不适合用于电采暖的材料的碳纤维短切丝等被用于电采暖产品，导致了碳纤维电采暖市场上的混乱。质量过硬的碳纤维长丝在电热转换率、抗强酸碱环境、耐压耐折、寿命超长等方面据有先天优势，使用碳纤维长丝制作的电暖产品采暖费用要比传统的电暖产品低许多，而且无需后期维护，是理想的节能采暖材料。

碳纤维电地暖的广泛应用首先可以大幅度降低政府和社会及企业和个人对供暖的投入，在减少供暖设施占用社会公共资源的同时，起到明显的环境保护作用。

目前，我国大部分地区的采暖方式主要有两种：集中供暖、个体烧煤及燃气取暖。从能源利用方面来说，集中供暖一次性投资的费用相当大，而且后期的运行费用也很高，并且因全天供热，因楼层不同而造成的温度不均导致许多居民开窗降温浪费了宝贵的能源。此外，遍及城市的供暖管网铺设和热力交换站的建设不仅投资大，而且占用了城市宝贵的土地和地下土地空间等公共资源。而各地的热力公司本身又是一个大污染源，用煤、用水消耗巨大，而居民自家烧炉取暖和燃气炉的大量应用也是冬季大气污染的一个重要因素。随着碳纤维电暖产品的技术成熟及大量应用，以上这些问题都可以达到有效解决。

随着我国节能建筑的普及以及低碳社区的打造，低能耗的碳纤维电暖产品已经完全具备了融入绿色节能建筑设计、建设的条件。由于碳纤维电暖产品本身节能环保，施工简单，加上其分户、分室控制的特点，免去了政府建设热力公司、铺设管网的麻烦和巨额投入。而其所消耗的电能本身是清洁能源，加上碳纤维在发热过程中无音、无光、无尘、无有害电磁辐射等优点，在整个使用过程中无任何污染物排放，因而不会对环境造成任何污染。而且，碳纤维电暖的普及不受各地区地形、地理等条件的制约，不管是人口集中的城市还是相对分散的小城镇，普及的难易指数相同，不管城市和小城镇在怎样复杂地理条件下，还是受什么样的地形制约，都不影响设计和建设；适用于各种楼盘，尤其在不便使用集中供暖的地区和区域应用，实用性更强，更无需要政府投入任何资金用于热力供应和管网建设。

碳纤维电地暖系统效益概论

碳纤维电暖供热技术在绿色建筑中的应用，具有明显的经济效益和社会效益。

减少交换站和管网建设投入，增加土地使用面积

首先，碳纤维电暖产品直接入户，不需要小区建设交换站，楼盘建设中也不需要铺设管道、安装暖气片。因为没有了交换站及室外管网地沟等设施，因此，房地产商在设计和建设时，可以最大限度地优化设计方案，节约宝贵的土地面积，从而达到增加建筑面积的目的，节约出来的土地面积本身就是一笔财富。此外，传统供暖系统建安成本包括室内终端设备费、热源设备费、内外管道网费、热力增容费、锅炉房建设费、占用土地费、安装材料费、设备折旧更新费、维护运行人工费等等，这些费用加在一起比碳纤维电地暖要高15%～30%。

缩短施工周期

碳纤维电暖设计和所有发热末端在工厂内已经做好，电暖部分基本上不现场施工，到工地以后仅仅是展开铺好固定即可。而传统供暖系统安装需要开挖地沟、建锅炉房、组装暖气片、安装设备等，耗费大量人力、物力、财力和时间，而碳纤维电地暖只需在楼宇土建快要完成时，与地面同步施工即可。一栋10000平方米的楼房，10天就可完成安装施工工作。

减少钢材的用量，增加楼层设计

在当前的楼层供暖中，许多用户采用的是水地暖的铺设方式。在设计和施工当中，暖煌电地暖可比水地暖薄三至四厘米，如果整栋楼都采用暖煌电地暖和水地暖比较，每30层楼房水暖和电暖所形成的厚度差可达1～1.2米，60层楼房厚度差就可达到2～2.4米，几乎错出一层楼的高度，而且水地暖所有的管道加上管道内的水，加上混凝土等辅材，每平方米要比碳纤维电地暖重70KG左右，在高层建筑中这些重量要求楼房在设计和建设中必须有较大的钢材用量来保障建筑承重，而因承重设计可能减少的钢材用量也可以节省出来5%～7%。

免除了供热系统丢水严重、物业收费难等物业上的难题。电暖的维护费用几乎为零。

传统的供暖系统使用期间需要昂贵的维护费用和人力，并且相关设备使用寿命有限，15年整套系统得大修，甚至更换，重复投资比较多。碳纤维电地暖系统一次投资，无需维护，使用寿命与建筑物同寿。系统在安装完毕后完全封闭，彻底解决了水系统的跑、冒、滴、漏及暖气片冻裂等令人头痛的老大难问题。传统集中供暖工作中，最令人头疼的是丢水严重的问题，以三门峡某小区为例：供热面积6万平方米，仅仅12月一个月就丢水3500吨。如果推行电纤维地暖的话，每年各小区都会节约大量水资源，汇总起来，在全国将是一个庞大的节水数字。此外，用户以购电方式交纳取暖费，不存在传统供暖的取暖费收缴难问题，使物业管理的工作量大大降低。

房间温度可控性强，节能省电，舒适度好

由于碳纤维电暖在达到人体舒适温度时，室内平均温度较传统采暖平均温度要低1～2℃，而且没有明显的空气对流，可以减少人体的辐射散热，因而舒适等级更高。其次是低能耗，碳纤维电地暖系统有一套使用极期方便的智能温控系统，人们可根据需要的采暖温度进行分室、分时段调节，使室内温度在用户的精确控制之中。在外墙保温良好的绿色建筑中应用，室温18～20℃的情况下，冬季每天平均实际工作时间可控制在3-6小时，非常节能省电，并且可以利用国家推行的峰谷电价优惠政策，利用晚间在“谷”价期间运行，把不能储存的电力转化成热能在房间储存起来，因而可以达到移峰填谷的作用。用户可以大量减少使用费用。这些对于国家、开发商和用户来说，都是一个不错的优势，并增加楼房卖点。

小结

碳纤维电地暖要快速推广，需要政府部门的认可和支持，在碳纤维电地暖系统使用客户享受峰谷电价，需要在更多地区更多工程进行样板展示。作为清洁能源的配套产品和国家节能技术大纲中推荐的高效节能材料研发产品，碳纤维电地暖系统一定可以为国家建设资源节约型社会、推进绿色建筑科技进步、打造低碳绿色社区带来行之有效的效果和作用。

（作者单位：济源市暖煌电暖有限公司）