短碳纖維遠(yuǎn)紅外低溫輻射電熱供暖系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證

遠(yuǎn)紅外短碳纖維低溫輻射供暖系統(tǒng)，是以電力為能源，以短碳纖維為發(fā)熱體，通過遠(yuǎn)紅外輻射的新型低溫加溫、供暖、保溫方式。以高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、個性化、長壽命、免維修等優(yōu)良性能，將新技術(shù)實實在在地應(yīng)用與人們?nèi)粘Ｉ钪校淖內(nèi)藗儌鹘y(tǒng)的采暖觀念，導(dǎo)致供暖技術(shù)發(fā)生革命性轉(zhuǎn)變。

1 技術(shù)論證

短碳纖維低溫輻射電熱供暖系統(tǒng)是根據(jù)碳纖維具有高壓強度、高壓模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)良性能，將其開發(fā)成高新技術(shù)產(chǎn)品。其民用產(chǎn)品短碳纖維低溫輻射電熱毯和經(jīng)濟(jì)效益，成為將碳纖維材料的諸多特性應(yīng)用于發(fā)熱體制品種的成功范例。

1.1碳纖維發(fā)熱體的特征

碳纖維材料現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航天、航空、機(jī)械制造、石油化工等新技術(shù)及日常生活各個領(lǐng)域，由于它的優(yōu)良性能，廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的發(fā)展前景，被人們稱為第三代工業(yè)材料。碳纖維作為發(fā)熱材料，自120年前愛迪生用天然纖維加工制成碳絲，使碳絲燈泡亮起，人們就開始了研究，但真正意義上的工業(yè)化研究與生產(chǎn)時自上世紀(jì)50年代開始的，并且用途不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量逐年遞增。

碳纖維是由原絲經(jīng)處理而成的，目前國內(nèi)生產(chǎn)的處理方法主要有硝酸法、硫氰酸那法、亞礬一步法三種，各有優(yōu)缺點。此外，碳纖維的質(zhì)量與原材料的質(zhì)量直接相關(guān)。制備后的碳纖維材料方法熱體按工藝和用途的不同，可加工成繩、帶、片、布、網(wǎng)等形狀以適應(yīng)各種需要。

（1）碳纖維的熱傳遞特性

熱的傳遞通常有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流。碳纖維屬于非金屬固體材料。是非金屬材料中導(dǎo)熱、導(dǎo)電性最好的物質(zhì)。固體材料中的導(dǎo)熱載體分為三類，即電子、聲子和光子。金屬材料的導(dǎo)熱傳遞，主要是靠自由電子，而碳纖維材料的導(dǎo)熱傳遞主要依靠晶格振動，晶格振動的實質(zhì)是微觀粒子的熱運動，它符合量子力學(xué)的規(guī)律。

碳纖維的熱傳導(dǎo)性和熱輻射性能相當(dāng)好，它可避免積蓄熱和過熱現(xiàn)象的發(fā)生。因此，該材料的使用壽命長，電熱轉(zhuǎn)換效率高，是制造發(fā)熱體的理想材料。

（2）碳纖維發(fā)熱元件的特點

●耐熱性能好，最高可用于3000℃高溫；

●抗熱沖擊性好，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)小；

●機(jī)械強度高，具有強度隨溫度上升而有所增加的特性；

●可加工性好，可按設(shè)計要求加工成各種幾何形狀；

●化學(xué)穩(wěn)定性較高，具有一定耐酸堿性；

●輻射能較大，導(dǎo)熱系數(shù)較高；

●具有優(yōu)異的導(dǎo)電及熱輻射性能，特別是紅外輻射。

1.2結(jié)構(gòu)特征

短碳纖維低溫輻射電熱系統(tǒng)一般有電熱板、溫控器、電源線構(gòu)成。其核心部分電熱板是以短碳纖維為發(fā)熱體，添加遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑，以特殊工藝合成核心加熱元件，然后在高真空狀態(tài)下壓封于絕緣樹脂膜內(nèi)制成成品。以民用采暖電熱板為例，它具有恒溫可調(diào)，單室可控、經(jīng)濟(jì)、舒適、壽命長、安全可靠且免維護(hù)等特點。

1.3電熱板發(fā)熱的基本原理

在電引發(fā)激勵的條件下，熱組件通過晶格振動產(chǎn)生熱效應(yīng)。微觀粒子在熱組件中作高速運動。在其不規(guī)則的導(dǎo)體面上產(chǎn)生“布朗運動”，由于大量電子不斷進(jìn)入激勵，微觀粒子不斷撞擊、摩擦產(chǎn)生熱能，即電能轉(zhuǎn)化為熱能穿透介質(zhì)釋放能量。整個過程無聲、無光、無污染，輸電轉(zhuǎn)換率100%。這是該產(chǎn)品的主要特征。與其它靠電阻發(fā)熱的產(chǎn)品工作原理完全不同。

1.4產(chǎn)品特性

（1）效率較高：本產(chǎn)品元件材料是雙面?zhèn)鲗?dǎo)輻射散熱，其工作環(huán)境中的空氣同步升溫，上下空間溫差為零，節(jié)省電力、節(jié)省時間。

（2）溫度可調(diào)可控：本產(chǎn)品可在獨立空間配備溫度控制開關(guān)，使其供暖系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要工作，解決了傳統(tǒng)功能暖系統(tǒng)不能自動控制溫度，不能根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部局部需要任意調(diào)節(jié)，使供暖系統(tǒng)能夠滿足個性化需要。

（3）安全性能高：本產(chǎn)品絕緣防水、阻燃，碳纖維發(fā)熱體機(jī)械度高，康點沖擊性好，擊穿強度超過3.75KV，故不漏電、斷電，不易損壞，耐酸、堿、鹽，不腐蝕變質(zhì)、不氧化、免維修，使用壽命30年。

（4）節(jié)能環(huán)保：由于本產(chǎn)品采用清潔能源，加之特殊的能量轉(zhuǎn)換方式，故在運行中無聲、光、電磁及其他污染，可以緩解城市空氣污染、缺水等現(xiàn)實問題。

（5）供熱效果好：本產(chǎn)品以直接方式供熱，升溫快、效果好、溫度均衡，室內(nèi)使用時柔和無干燥感。

2 市場前景分析

短碳纖維遠(yuǎn)紅外線低溫輻射電熱供暖系統(tǒng)作為一項具有高科技含量的新產(chǎn)品剛剛進(jìn)入市場，雖然人們對它的認(rèn)識要有一個過程，但它特有的高效、節(jié)能、無聲、光、電磁及其他污染、安全方便、智能溫控等優(yōu)點已顯現(xiàn)出來，并受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

2.1各種采暖系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)性比較分析

（1）電熱板供暖系統(tǒng)的初投資低于表內(nèi)所供其他系統(tǒng)，與燃煤鍋爐、燃油鍋爐及城市熱源供暖的初投資相當(dāng)，比壁掛式燃?xì)鉅t采暖的初投資低45%，是電熱膜供暖初投資的一半。

（2）電熱供暖系統(tǒng)的每平方米運行費用大大低于表內(nèi)所列其他供暖方式，比燃煤鍋爐、市熱源供暖略高，是燃油鍋爐供暖、壁掛式燃?xì)夥謶艄┡?6.67%。

（3）電熱采暖的種類及相互比較

電熱供暖系統(tǒng)是將電能直接轉(zhuǎn)化成熱能。與常規(guī)散熱器供暖系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點是自身幾乎沒有熱損失，且溫度控制裝置可以做到系統(tǒng)獨立智能控制，易于實現(xiàn)按需供暖、按表計量，并且不占用室內(nèi)建筑面積和使用空間。目前，各種電熱供暖系統(tǒng)有如下幾種：電熱板供暖系統(tǒng)、腳踏板式電暖器、低溫輻射電熱膜、低溫電纜輻射采暖系統(tǒng)等。

2.2電熱板與其它電熱產(chǎn)品比較分析

電熱板產(chǎn)品與其它電熱采暖系統(tǒng)相比較，具有熱轉(zhuǎn)換率高，升溫時間短，初投資成本較低、運行費用較低、易于安裝、不影響裝飾裝修、較安全等特點。由于電熱膜的市場占有率較大，又與電熱板具有可比性，下面僅與低溫輻射電熱膜相比較。由于安裝于墻體表面，直接與空氣接觸，通過實地檢測，可使室內(nèi)較快升溫。

2.3政策方面分析

（1）隨著我國加入WTO和申辦2008奧運會的成功，國家加大環(huán)保投入力度，鼓勵發(fā)展使用清潔能源，并不斷出臺相應(yīng)政策。作為清潔能源的電力業(yè)受惠其中，電熱供暖系統(tǒng)構(gòu)成幾乎全部運行成本是電力，其隨著國家鼓勵用電優(yōu)惠政策出臺和電力市場競爭直接導(dǎo)致電價下調(diào)，從而刺激該產(chǎn)品市場份額擴(kuò)大。

（2）環(huán)境保護(hù)的直接需求也呼喚該產(chǎn)品進(jìn)入市場。只要該產(chǎn)品能在一次性投資上保持一個合理的價位，環(huán)保部門也會起到推廣作用。