碳纖維電地暖系統 在綠色節能建筑中的應用探討

文/閆文化

碳纖維電地暖系統 在綠色節能建筑中的應用探討

文/閆文化

幾年來，“霧霾”成了熱詞，空氣污染對人造成的傷害成了嚴重的社會問題。中科院大氣物理研究所研究員張仁健課題組與同行合作，對北京地區2009年至2010年PM2.5化學組成及來源研究發現，北京PM2.5有6個重要來源，其中燃煤占了18%，而冬季燃煤采暖占了相當大的比例。在大陸的許多地區，冬季燃煤、燃氣采暖的比例要遠遠高出這一數據。在這種背景下，碳纖維電地暖系統作為環保節能的綠色采暖產品更加受到人們的關注。

碳纖維電地暖系統性能特點

碳纖維是一種具有導電性、強度大、密度小、耐腐蝕、耐高溫的新型材料。用碳纖維與塑料制成的復合材料，可以代替鋁合金等金屬制成推力大、噪音小、低耗能的航空飛機，廣泛應用于航空航天領域。用碳纖維或碳纖維增強的塑料、玻璃、陶瓷和金屬等材料具有優良的電學、熱學和力學性能，用它們代替鋼材和合金，在化工、機電及航空航天領域都有著廣泛的應用。

在采暖領域使用的碳纖維電熱轉換率高達98%以上，是一種節能、環保、安全的新型加熱材料，被國家節能大綱列為推薦的節能材料之一。作為電熱體，有著金屬、PTC等發熱體所不可比擬的諸多優異性能。同樣，碳纖維電地暖系統也具備以下優勢：升溫迅速；電熱轉換效率高，節省電能；環保，整個加熱過程中無聲、無光、無任何污染物排放；抗拉強度高，重量輕；化學性能穩定，使用壽命長；碳纖維加熱時大量釋放遠紅外，遠紅外具有理療保健的作用。

碳纖維電地暖系統工作原理

碳纖維電地暖是大量的碳纖維晶體在電場作用下，能夠相互摩擦、振蕩，晶體在電場作用下作“布朗運動”，并產生大量的熱量。從而實現“電能→熱能”的轉換。大量的實驗數據證實，碳纖維晶體的電→熱轉換效率達到了98%以上，比常用的鎳鉻合金等電熱絲高出20%以上。

碳纖維電地暖系統能效分析

當室內風速小于0.05 m/s時，平均輻射溫度變化1℃對人體熱感覺的影響基本相同，由于碳纖維電地暖所產生的遠紅外平均輻射溫度較高，而且室內沿高度方向向上溫度分布均勻，溫度梯度小，人處于加熱區內，而散熱器供暖溫度最高區位于墻體上，使用對流加熱原理，溫度梯度大，當人的感覺溫度相同時，碳纖維電地暖供暖房間的室內空氣平均溫度要低于對流供暖房間的空氣溫度，降低房間熱負荷。在等效熱舒適條件下，碳纖維電地暖輻射采暖的室內計算溫度可比傳統對流散熱器供暖系統低2～3℃。

傳統的水暖對流散熱器供暖系統水溫要求在80～95℃，而水地暖低溫地面輻射采暖系統要求在55～65℃，溫度要求較低的熱水在傳輸時散熱損失小。

碳纖維電地暖系統是把電能直接轉換成熱能，采用低溫輻射技術，整個地板加熱溫度在25～30℃，采用室內地面整體加熱方式，比傳統加熱方式更為節能，節能在20%以上，且舒適度更高。

碳纖維電地暖系統應用論述

碳纖維材料進入民用采暖領域的時間很短，因為人們對碳纖維材料認識不足，一些不適合用于電采暖的材料的碳纖維短切絲等被用于電采暖產品，導致了碳纖維電采暖市場上的混亂。質量過硬的碳纖維長絲在電熱轉換率、抗強酸堿環境、耐壓耐折、壽命超長等方面據有先天優勢，使用碳纖維長絲制作的電暖產品采暖費用要比傳統的電暖產品低許多，而且無需后期維護，是理想的節能采暖材料。

碳纖維電地暖的廣泛應用首先可以大幅度降低政府和社會及企業和個人對供暖的投入，在減少供暖設施占用社會公共資源的同時，起到明顯的環境保護作用。

目前，我國大部分地區的采暖方式主要有兩種：集中供暖、個體燒煤及燃氣取暖。從能源利用方面來說，集中供暖一次性投資的費用相當大，而且后期的運行費用也很高，并且因全天供熱，因樓層不同而造成的溫度不均導致許多居民開窗降溫浪費了寶貴的能源。此外，遍及城市的供暖管網鋪設和熱力交換站的建設不僅投資大，而且占用了城市寶貴的土地和地下土地空間等公共資源。而各地的熱力公司本身又是一個大污染源，用煤、用水消耗巨大，而居民自家燒爐取暖和燃氣爐的大量應用也是冬季大氣污染的一個重要因素。隨著碳纖維電暖產品的技術成熟及大量應用，以上這些問題都可以達到有效解決。

隨著我國節能建筑的普及以及低碳社區的打造，低能耗的碳纖維電暖產品已經完全具備了融入綠色節能建筑設計、建設的條件。由于碳纖維電暖產品本身節能環保，施工簡單，加上其分戶、分室控制的特點，免去了政府建設熱力公司、鋪設管網的麻煩和巨額投入。而其所消耗的電能本身是清潔能源，加上碳纖維在發熱過程中無音、無光、無塵、無有害電磁輻射等優點，在整個使用過程中無任何污染物排放，因而不會對環境造成任何污染。而且，碳纖維電暖的普及不受各地區地形、地理等條件的制約，不管是人口集中的城市還是相對分散的小城鎮，普及的難易指數相同，不管城市和小城鎮在怎樣復雜地理條件下，還是受什么樣的地形制約，都不影響設計和建設；適用于各種樓盤，尤其在不便使用集中供暖的地區和區域應用，實用性更強，更無需要政府投入任何資金用于熱力供應和管網建設。

碳纖維電地暖系統效益概論

碳纖維電暖供熱技術在綠色建筑中的應用，具有明顯的經濟效益和社會效益。

減少交換站和管網建設投入，增加土地使用面積

首先，碳纖維電暖產品直接入戶，不需要小區建設交換站，樓盤建設中也不需要鋪設管道、安裝暖氣片。因為沒有了交換站及室外管網地溝等設施，因此，房地產商在設計和建設時，可以最大限度地優化設計方案，節約寶貴的土地面積，從而達到增加建筑面積的目的，節約出來的土地面積本身就是一筆財富。此外，傳統供暖系統建安成本包括室內終端設備費、熱源設備費、內外管道網費、熱力增容費、鍋爐房建設費、占用土地費、安裝材料費、設備折舊更新費、維護運行人工費等等，這些費用加在一起比碳纖維電地暖要高15%～30%。

縮短施工周期

碳纖維電暖設計和所有發熱末端在工廠內已經做好，電暖部分基本上不現場施工，到工地以后僅僅是展開鋪好固定即可。而傳統供暖系統安裝需要開挖地溝、建鍋爐房、組裝暖氣片、安裝設備等，耗費大量人力、物力、財力和時間，而碳纖維電地暖只需在樓宇土建快要完成時，與地面同步施工即可。一棟10000平方米的樓房，10天就可完成安裝施工工作。

減少鋼材的用量，增加樓層設計

在當前的樓層供暖中，許多用戶采用的是水地暖的鋪設方式。在設計和施工當中，暖煌電地暖可比水地暖薄三至四厘米，如果整棟樓都采用暖煌電地暖和水地暖比較，每30層樓房水暖和電暖所形成的厚度差可達1～1.2米，60層樓房厚度差就可達到2～2.4米，幾乎錯出一層樓的高度，而且水地暖所有的管道加上管道內的水，加上混凝土等輔材，每平方米要比碳纖維電地暖重70KG左右，在高層建筑中這些重量要求樓房在設計和建設中必須有較大的鋼材用量來保障建筑承重，而因承重設計可能減少的鋼材用量也可以節省出來5%～7%。

免除了供熱系統丟水嚴重、物業收費難等物業上的難題。電暖的維護費用幾乎為零。

傳統的供暖系統使用期間需要昂貴的維護費用和人力，并且相關設備使用壽命有限，15年整套系統得大修，甚至更換，重復投資比較多。碳纖維電地暖系統一次投資，無需維護，使用壽命與建筑物同壽。系統在安裝完畢后完全封閉，徹底解決了水系統的跑、冒、滴、漏及暖氣片凍裂等令人頭痛的老大難問題。傳統集中供暖工作中，最令人頭疼的是丟水嚴重的問題，以三門峽某小區為例：供熱面積6萬平方米，僅僅12月一個月就丟水3500噸。如果推行電纖維地暖的話，每年各小區都會節約大量水資源，匯總起來，在全國將是一個龐大的節水數字。此外，用戶以購電方式交納取暖費，不存在傳統供暖的取暖費收繳難問題，使物業管理的工作量大大降低。

房間溫度可控性強，節能省電，舒適度好

由于碳纖維電暖在達到人體舒適溫度時，室內平均溫度較傳統采暖平均溫度要低1～2℃，而且沒有明顯的空氣對流，可以減少人體的輻射散熱，因而舒適等級更高。其次是低能耗，碳纖維電地暖系統有一套使用極期方便的智能溫控系統，人們可根據需要的采暖溫度進行分室、分時段調節，使室內溫度在用戶的精確控制之中。在外墻保溫良好的綠色建筑中應用，室溫18～20℃的情況下，冬季每天平均實際工作時間可控制在3-6小時，非常節能省電，并且可以利用國家推行的峰谷電價優惠政策，利用晚間在“谷”價期間運行，把不能儲存的電力轉化成熱能在房間儲存起來，因而可以達到移峰填谷的作用。用戶可以大量減少使用費用。這些對于國家、開發商和用戶來說，都是一個不錯的優勢，并增加樓房賣點。

小結

碳纖維電地暖要快速推廣，需要政府部門的認可和支持，在碳纖維電地暖系統使用客戶享受峰谷電價，需要在更多地區更多工程進行樣板展示。作為清潔能源的配套產品和國家節能技術大綱中推薦的高效節能材料研發產品，碳纖維電地暖系統一定可以為國家建設資源節約型社會、推進綠色建筑科技進步、打造低碳綠色社區帶來行之有效的效果和作用。

（作者單位：濟源市暖煌電暖有限公司）