碳纖維發(fā)熱電纜地面輻射采暖應(yīng)用淺談

文/孫宗偉 吉林省力天機(jī)電設(shè)備有限公司 吉林長(zhǎng)春 130000

什么是碳纖維？碳纖維：簡(jiǎn)稱(chēng)CF，是含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。以其優(yōu)異性能，被譽(yù)為材料界的“黑色黃金”。碳纖維材料是比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，比強(qiáng)度是鐵的20倍的材料，被《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《中國(guó)制造2025》列為重點(diǎn)新型材料。

碳纖維發(fā)熱電纜即為基于此種材料經(jīng)外包絕緣防水導(dǎo)熱材料而制成的可用于發(fā)熱的電纜。本文主要針對(duì)碳纖維發(fā)熱電纜在采暖供熱方面應(yīng)用進(jìn)行描述。

1、與傳統(tǒng)金屬電地?zé)釋?duì)比

1.1 顯著優(yōu)點(diǎn)一

眾所周知以往電地?zé)岙a(chǎn)品是通過(guò)傳統(tǒng)金屬電纜通電后發(fā)熱取得熱量，原理是電流通過(guò)有電阻的電纜產(chǎn)生的光電能量而發(fā)熱，過(guò)程中有75%電能轉(zhuǎn)化為熱能，能量損失25%，也就是說(shuō)用戶采用金屬電纜采暖而承擔(dān)的電費(fèi)中有四分之一是沒(méi)有熱能服務(wù)的。而采用碳纖維發(fā)熱電纜電地?zé)岵膳弘娔?8%以上轉(zhuǎn)化為熱能，碳纖維發(fā)熱電纜所接收的電能基本上在沒(méi)有什么損失的情況下全部被轉(zhuǎn)化為熱能。淺而易見(jiàn)，傳統(tǒng)金屬發(fā)熱電纜電熱轉(zhuǎn)化率低是沒(méi)有得到大范圍普及和應(yīng)用的重要原因。而采用碳纖維發(fā)熱電纜電熱轉(zhuǎn)化率高，居民利益得到充分保障，在達(dá)到同樣采暖效果體驗(yàn)的情況下，用戶會(huì)少承擔(dān)1/4的采暖費(fèi)用。

1.2 顯著優(yōu)點(diǎn)二

傳統(tǒng)金屬電纜通電后將伴隨著電磁波產(chǎn)生，雖然雙導(dǎo)金屬電纜電磁波較小，但長(zhǎng)期處于電磁輻射環(huán)境中，這對(duì)人體不利。碳纖維發(fā)熱電纜是非金屬材料，通電后的碳纖維中的碳分子做“布朗運(yùn)動(dòng)”、無(wú)電磁輻射、穩(wěn)定無(wú)衰減，產(chǎn)生的是4-17μm紅外線，而不是電磁波，并且該波段紅外線對(duì)人體極為有益，在醫(yī)學(xué)上被稱(chēng)為“生命之光”。常用來(lái)做人體理療效果非常理想。也可以說(shuō)采用碳纖維發(fā)熱電纜的地?zé)岱块g本身自成一個(gè)紅外線理療室。另外，同等線功率碳纖維發(fā)熱電纜線通電表面溫度比金屬發(fā)熱電纜高3～6度、同等表面溫度每米線功率比金屬發(fā)熱電纜低3瓦，更節(jié)能；在市電220V電壓正常工作狀態(tài)下，即便是在水中人體觸碰通電碳絲也無(wú)任何感知，更安全。

2、與傳統(tǒng)低溫?zé)崴孛孑椛洳膳瘜?duì)比

2.1 顯著優(yōu)點(diǎn)一

目前，東北地區(qū)建筑采暖普遍采用鍋爐房—換熱站—居民地?zé)岬牡蜏責(zé)崴孛娣笤O(shè)采暖系統(tǒng)，高溫?zé)崴淮尉W(wǎng)系統(tǒng)、換熱站構(gòu)筑物及循環(huán)水泵補(bǔ)水泵等設(shè)備、低溫?zé)崴咧械蛥^(qū)二次網(wǎng)系統(tǒng)、樓體管井內(nèi)高、中、低區(qū)采暖立管等眾多組成，系統(tǒng)設(shè)備管道復(fù)雜，占用室內(nèi)外地上地下大量空間，資金投入較高；而且大量采暖系統(tǒng)用水將會(huì)以污染廢水形式出現(xiàn)，浪費(fèi)水資源且排放后易對(duì)環(huán)境造成二次污染。以建筑面積30萬(wàn)m2小區(qū)為例，據(jù)測(cè)算單采暖系統(tǒng)這一項(xiàng)的相關(guān)投入（包含采暖入網(wǎng)費(fèi)）就可達(dá)到4000多萬(wàn)，此項(xiàng)費(fèi)用完全可以用來(lái)填補(bǔ)采用碳纖維電采暖強(qiáng)電容量增加帶來(lái)的電纜成本增加而產(chǎn)生的費(fèi)用，而且還會(huì)節(jié)省成本約1000余萬(wàn)，并大量節(jié)省內(nèi)外空間。

2.2 顯著優(yōu)點(diǎn)二

1）用戶體驗(yàn)角度，城市集中供熱對(duì)居民來(lái)說(shuō)當(dāng)采暖期前根據(jù)面積繳納固定的采暖費(fèi)后，采暖期時(shí)間是固定的，采暖期前后非采暖時(shí)間段內(nèi)室溫較低時(shí)無(wú)法享受供暖服務(wù)，東北的居民常常有這樣的體會(huì)；同時(shí)供熱效果也是取決于供熱單位的運(yùn)行情況，室溫高可以調(diào)節(jié)閥門(mén)減少流量降溫，但室溫低時(shí)卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度的提升。整體來(lái)說(shuō)采暖費(fèi)用固定但享受的供熱服務(wù)卻十分被動(dòng)、沒(méi)有選擇權(quán)。且水系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象不能避免，往往會(huì)造成一些不必要的損失。而采用碳纖維發(fā)熱電纜地面輻射采暖系統(tǒng)可完全實(shí)現(xiàn)無(wú)燃燒、安全環(huán)保、無(wú)時(shí)間限制自主供暖，整體及分室室溫控制，采暖費(fèi)用自行控制，居民無(wú)需被室溫低所困擾。碳纖維發(fā)熱電纜本身的穩(wěn)定性杜絕了水采暖系統(tǒng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)建筑核心筒設(shè)計(jì)也減小了管道井規(guī)格，減少公攤面積。

2）用戶使用成本角度，以長(zhǎng)春地區(qū)建筑面積100m2住宅為例：采暖費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為23元/m2，業(yè)主需繳納采暖費(fèi)2300元，為固定數(shù)額；戶內(nèi)實(shí)際使用面積約為80m2，去除建筑內(nèi)墻等不能布線面積后約為65m2，按熱負(fù)荷50w/m2計(jì)算，采暖熱負(fù)荷共計(jì)65m2＊50W/m2=3.25KW。常用24K碳纖維發(fā)熱電纜發(fā)熱量為16W/m，共需發(fā)熱電纜200m,以每組發(fā)熱電纜發(fā)熱功率240W、15m長(zhǎng)計(jì)算，共需14組，電功率3.5KW。以24小時(shí)加熱計(jì)算3.5KW＊12h＊0.562元（峰時(shí)電價(jià)）+3.5KW＊12h＊0.329元（谷時(shí)電價(jià)）=37元/d，采暖季180d＊37元/d=6660元。數(shù)值上看電采暖費(fèi)用較高，但實(shí)際運(yùn)行情況是：電采暖無(wú)需24小時(shí)全天候加熱，一般采暖供熱只需每天運(yùn)行6-9個(gè)小時(shí)即可滿足室內(nèi)供暖溫度需求，每天按加熱8小時(shí)計(jì)算，電采暖運(yùn)行費(fèi)用在2220元左右。若合理配套蓄電池采用谷時(shí)（21：00-次日8：00）進(jìn)行蓄電，峰時(shí)（21：00-次日8：00）利用蓄電池給電采暖供電則運(yùn)行費(fèi)用更低，約為1700元。基本與集中供熱采暖費(fèi)用持平或更省，同時(shí)業(yè)主會(huì)享受更高的自由度和舒適性。

2.3 顯著優(yōu)點(diǎn)三

低溫?zé)崴孛孑椛洳膳到y(tǒng)中使用的管材中除PPR、PERT等塑料管材能夠長(zhǎng)期使用外（按供熱水質(zhì)塑料管也需定期清洗，清洗周期2年左右），系統(tǒng)中其他鋼管等隨著使用年限的增加，會(huì)漸漸被銹蝕失去其使用功能，平均周期在12-15年左右，在住宅樓50年使用年限中平均更換次數(shù)為3.3-4.2次。碳纖維發(fā)熱電纜以碳為發(fā)熱體，穩(wěn)定、壽命長(zhǎng) 、耐腐蝕、不衰減、不氧化，壽命可以保證在50年以上。即便碳纖維地?zé)峁╇娊饘匐娎|設(shè)計(jì)使用壽命是20年（實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值），金屬電纜更換次數(shù)也僅為2.5次，減少了更換成本和金屬管道的維護(hù)維修成本。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述碳纖維發(fā)熱電纜在民用采暖供熱的應(yīng)用更具備科學(xué)性、合理性和經(jīng)濟(jì)性，是全面取代傳統(tǒng)熱水采暖和金屬電纜采暖的最佳選擇，在倡導(dǎo)環(huán)保節(jié)能的今天應(yīng)大力推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的全面應(yīng)用。