[科普中国]-碳纤维地暖

碳纤维地暖是利用电力通过碳纤维分子活动振荡做布朗运动取得热量。这种取暖方式充分利用了热量的三种传播方式，即：热传导，热对流和热辐射。碳纤维是用天然纤维或人造有机化学纤维经过碳化制成。其主要成份由碳原子组成。碳纤维另一引人注目的结构是具有发达的比表面积，丰富的微孔径。原材料主要依靠进口日本，韩国的产品。

简介碳纤维地暖是利用电力通过碳纤维分子活动振荡做布朗运动取得热量。这种取暖方式充分利用了热量的三种传播方式，即：热传导，热对流和热辐射1。

优点1、吸附容量大： 对有机气体恶臭、腥臭物质（NO、NO2、SO2、H2S、NH3、CO、CO2）吸附量比颗粒和粉状活性碳大20-30倍。

2、吸附速度快：对气体的吸附一般在数十秒至数分钟达到吸附平衡，比GAC高2-3个数量级。

3、耐温性能好：在惰性气体中耐高温1000℃以上，在空气中着火点达500℃。在300℃的连续高温中能够保障30000小时的使用寿命。

4、耐酸、耐碱，具有良好的导电性能和化学稳定性。

5、灰份少：它的灰份含量仅为GAC的十分之一，对回收物质的催化作用小。

碳纤维电地暖系统性能特点碳纤维是一种其有导电性、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，泛应用于航空航天领域用碳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，在化工机电及航态天领域都有广泛的应用。

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、TC等发热体所不可比拟的请多优异性能。同样，碳维电地暖系统也真备以下优势：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、无任何污染物排放；抗拉强度高，重量轻；化学性稳定，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2。

碳纤维电地暖系统工作原理碳显微电地暖是大量的碳显微晶体在电场作用下，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，碳纤维晶体的电一热转换效率送到了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0.05ms时，平均辐射温度变化1℃对人体热感觉的影响基本相同，由碳缝电地暖所产生的远红外平均辐射温度较高，面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、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房间的瓷气温度，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暖系统水温要求在80-95℃、而水地低温地面辐射采暖系统要求在55-65℃，読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想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。

碳纤维电地暖系统效益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。

1.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%。

2.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10 000平方米的楼房，10天就可完成安装施工工作。

3.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1.2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%。

4.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。

5.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3。

安全性1.生产：首先采用像电线一样的绝缘表皮层（聚酯），然后包裹绝缘无毒树脂，最后使用绝缘反射外表包裹。

2.安装：所有导电连接点均使用绝缘材料包裹然后打胶套热缩管进行真空作业来杜绝漏电、水侵潮湿等隐患，最后再套绝缘管埋于绝缘保温层内，并且安装探温器防止线路过热。同时使用控制线路微电脑温控线路，并且从设计温度上控制最高温度为65℃。

3.使用：多种可选微电脑控制器，从使用界面来分室控制温度的高低，真正达到室内的恒温3。

取暖效果所有供暖方式对房屋的要求基本都是一样的，就是减少室内空气对流，墙壁保暖效果好。碳纤维地暖升温迅速，通电后5分钟内地暖板即可到达设定温度。

采暖费用采暖费用是可以分室恒温控制的，但集中供暖是一次性交费无法控制的。

碳纤维地暖系统采用分室分别恒温来控制室内温度和采暖消耗。由于得益于地面探温系统、地面保温层、微电脑控制线路及温控器的精确温度控制，碳纤维地暖系统的工作不是持续的，在温度达到设置温度后，由于地面保温层的续能作用，微电脑控制器会断续供电加热，达到节能的作用。

碳纤维地暖系统的节能是通过分室控温及保温层来实现的。同等情况下，碳纤维地暖全负荷供热所产生的费用是集中供暖的85%左右。在充分应用分室控制的情况下，费用最低可达到集中供热费用的1/31。

总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3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学