碳纤维发热电缆地面辐射采暖应用浅谈

【摘要】环保节能是大势所趋，环保节能技术及产品将日益普及，本文将碳纤维发热电缆供暖与传统的热水供暖和金属电缆电供暖进行综合比较，列举碳纤维发热电缆供暖的显著优点，希望与同行同仁共同探讨绿色供热方式，使环保技术及产品应用得以推动。

【关键词】碳纤维发热电缆；供热方式综合比较；显著优点；节能环保

什么是碳纤维？碳纤维：简称CF，是含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。以其优异性能，被誉为材料界的“黑色黄金”。碳纤维材料是比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍的材料，被《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》和《中国制造2025》列为重点新型材料。

碳纤维发热电缆即为基于此种材料经外包绝缘防水导热材料而制成的可用于发热的电缆。本文主要针对碳纤维发热电缆在采暖供热方面应用进行描述。

1、与传统金属电地热对比

1.1显著优点一

众所周知以往电地热产品是通过传统金属电缆通电后发热取得热量，原理是电流通过有电阻的电缆产生的光电能量而发热，过程中有75%电能转化为热能，能量损失25%，也就是说用户采用金属电缆采暖而承担的电费中有四分之一是没有热能服务的。而采用碳纤维发热电缆电地热采暖：电能98%以上转化为热能，碳纤维发热电缆所接收的电能基本上在没有什么损失的情况下全部被转化为热能。浅而易见，传统金属发热电缆电热转化率低是没有得到大范围普及和应用的重要原因。而采用碳纤维发热电缆电热转化率高，居民利益得到充分保障，在达到同样采暖效果体验的情况下，用户会少承担1/4的采暖费用。

1.2显著优点二

传统金属电缆通电后将伴随着电磁波产生，虽然双导金属电缆电磁波较小，但长期处于电磁辐射环境中，这对人体不利。碳纤维发热电缆是非金属材料，通电后的碳纤维中的碳分子做“布朗运动”、无电磁辐射、稳定无衰减，产生的是4-17μm红外线，而不是电磁波，并且该波段红外线对人体极为有益，在医学上被称为“生命之光”。常用来做人体理疗效果非常理想。也可以说采用碳纤维发热电缆的地热房间本身自成一个红外线理疗室。另外，同等线功率碳纤维发热电缆线通电表面温度比金属发热电缆高3～6度、同等表面温度每米线功率比金属发热电缆低3瓦，更节能；在市电220V电压正常工作状态下，即便是在水中人体触碰通电碳丝也无任何感知，更安全。

2、与传统低温热水地面辐射采暖对比

2.1显著优点一

目前，东北地区建筑采暖普遍采用锅炉房—换热站—居民地热的低温热水地面敷设采暖系统，高温热水一次网系统、换热站构筑物及循环水泵补水泵等设备、低温热水高中低区二次网系统、楼体管井内高、中、低区采暖立管等众多组成，系统设备管道复杂，占用室内外地上地下大量空间，资金投入较高；而且大量采暖系统用水将会以污染废水形式出现，浪费水资源且排放后易对环境造成二次污染。以建筑面积30万㎡小区为例，据测算单采暖系统这一项的相关投入（包含采暖入网费）就可达到4000多万，此项费用完全可以用来填补采用碳纤维电采暖强电容量增加带来的电缆成本增加而产生的费用，而且还会节省成本约1000余万，并大量节省内外空间。

2.2显著优点二

1）用户体验角度，城市集中供热对居民来说当采暖期前根据面积缴纳固定的采暖费后，采暖期时间是固定的，采暖期前后非采暖时间段内室温较低时无法享受供暖服务，东北的居民常常有这样的体会；同时供热效果也是取决于供热单位的运行情况，室温高可以调节阀门减少流量降温，但室温低时却无法实现温度的提升。整体来说采暖费用固定但享受的供热服务却十分被动、没有选择权。且水系统的跑、冒、滴、漏现象不能避免，往往会造成一些不必要的损失。而采用碳纤维发热电缆地面辐射采暖系统可完全实现无燃烧、安全环保、无时间限制自主供暖，整体及分室室温控制，采暖费用自行控制，居民无需被室温低所困扰。碳纤维发热电缆本身的稳定性杜绝了水采暖系统常出现的问题，同时建筑核心筒设计也减小了管道井规格，减少公摊面积。

2）用户使用成本角度，以长春地区建筑面积100㎡住宅为例：采暖费收费标准为23元/㎡，业主需缴纳采暖费2300元，为固定数额；户内实际使用面积约为80㎡，去除建筑内墙等不能布线面积后约为65㎡，按热负荷50w/㎡计算，采暖热负荷共计65㎡*50W/㎡=3.25KW。常用24K碳纤维发热电缆发热量为16W/m，共需发热电缆200m，以每组发热电缆发热功率240W、 15m长计算，共需14组，电功率3.5KW。以24小时加热计算3.5KW*12h*0.562元（峰时电价）+3.5KW*12h*0.329元（谷时电价）=37元/d，采暖季180d*37元/d=6660元。数值上看电采暖费用较高，但实际运行情况是：电采暖无需24小时全天候加热，一般采暖供热只需每天运行6-9个小时即可满足室内供暖温度需求，每天按加热8小时计算，电采暖运行费用在2220元左右。若合理配套蓄电池采用谷时（21：00-次日8：00）进行蓄电，峰时（21：00-次日8：00）利用蓄电池给电采暖供电则运行费用更低，约为1700元。基本与集中供热采暖费用持平或更省，同时业主会享受更高的自由度和舒适性。

2.3显著优点三

低温热水地面辐射采暖系统中使用的管材中除PPR、PERT等塑料管材能够长期使用外（按供热水质塑料管也需定期清洗，清洗周期2年左右），系统中其他钢管等随着使用年限的增加，会渐渐被锈蚀失去其使用功能，平均周期在12-15年左右，在住宅楼50年使用年限中平均更换次数为3.3-4.2次。碳纤维发热电缆以碳为发热体，稳定、寿命长 、耐腐蚀、不衰减、不氧化，寿命可以保证在50年以上。即便碳纤维地热供电金属电缆设计使用寿命是20年（实际使用寿命远远大于此值），金属电缆更换次数也仅为2.5次，减少了更换成本和金属管道的维护维修成本。

结语：

综上所述碳纤维发热电缆在民用采暖供热的应用更具备科学性、合理性和经济性，是全面取代传统热水采暖和金属电缆采暖的最佳选择，在倡导环保节能的今天应大力推动该项技术的全面应用。

参考文献：

[1]《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》

作者简介：

孙宗伟（1978.10.13），男，籍贯：吉林省长春市，毕业院校：长春工程学院，民族：汉族，研究方向：建筑環境与设备。