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碳纤维发热线地面辐射采暖可行性研究报告河北建研节能设备有限公司2013-7-15一、研究背景随着我国经济的发展和城镇化水平的提升，人们的生活水平也随之提升。随着人们生活水平的不断提高，对人居环境的要求已不仅要满足基本的生活条件，而且要求创造舒适、安逸的人居环境，对室内环境提出更高的要求，要求室内环境满足温度、湿度、室内风速、污染物浓度等要求控制在一定范围之内，室内环境的这一要求就需要应用暖通空调设备来实现。而国内供暖系统大多数使用是以燃料锅炉作热源，生产低温热水，通过室外管网输送至室内散热设备，形成采暖系统。随着国民经济，现代化建设的不断发展，该系统越来越暴露出一些弊端，如环境污染、锅炉及外网占地、噪音、收费难及难以克服的系统失调等问题。通过对暖通空调设备的改进研制以及新产品的研发来解决这些问题是一种很重要的途径。近年来，随着科学技术的迅猛发展，一种应用现代宇航技术开发生产出来的高效电热转换材料—碳纤维发热材料，开始被应用于供暖系统。碳纤维采暖方式主要有：碳纤维电热板、碳纤维电热线、碳纤维壁画、碳纤维衣服等。碳纤维电热地板采暖系统就是碳纤维电热板直接铺设于地板表面的采暖系统，在这种系统的表面或者铺设木制地板、地毯等装饰品，或者不用装饰，就能够应用于采暖的供暖系统。该系统运行时是以碳纤维为发热材料，将热量释放出来，热量直接通过表面散出来，或者通过木地板、地毯达到地板表面，然后以整个地板表面为散热面与室内环境通过辐射和对流两种传热方式来实现热交换，其中辐射换热占有相当比重，从而达到采暖目的。与常规的以对流散热为主的散热器供暖相比，以碳纤维为发热体的地板辐射供暖系统具有室内温度分布均匀、舒适性好、干净卫生、节约能源和计量方便等独特优点，符合环保、能源的发展方向，是国际上公认的先进取暖方式，被誉为“绿色供暖革命”。碳纤维具有导电、导热、抗氧化（300℃下可长期使用），质轻、直径细（7μm），电阻温度系数小，电热性能稳定，远红外辐射，屏蔽或阻尼电磁波干扰等特点。其碳纤维与植物纤维均匀混合制成碳纤维纸，易于工业化规模成产，已在导电发热材料中得到广泛应用。以碳纤维材料生产的面状发热体，具有大面积均匀发热和散热、电热转换效率高、远红外辐射及显著节能等特点。二、我国采暖发展现状2.1城市环境保护的压力越来越高我国能源的构成状况决定了长期以来一直把煤炭作为主要能源，煤炭在一次能源中的比例约占了70％以上。长期以煤炭作为主要能源对我国的大气环境造成了严重的破坏，资料显示，90％的SO2、70％的TSP、60％的NOx、85％的CO2均来自于煤炭燃烧。虽然我国制定的空气环境二级标准远远低于发达国家的同类标准，但是实际监测结果表明，我国绝大多数城市仍然难以达到此项标准。特别是对北方城市来说，在采暖季更是大大超过标准的好几倍。可以说城市空气环境问题与我国城市采暖还主要依靠煤炭直接燃烧、绝大多数燃煤采暖系统管理运行水平低下、除尘消烟设施未能很好地运行等因素息息相关。2.2城市能源结构正在进行调整面对改善环境的压力，我国正在规划改变以煤为主的能源结构，计划到2012年使我国能源结构中煤炭的比重降到60％以下，天然气的比重上升到8％左右，其中增加的清洁燃料部分将主要用于大型、特大型城市的能源结构调整，改善这些城市环境日益恶化的状况，增强其可持续发展的能力。我国的电力供应也已基本上扭转了建国以来一直供不应求、严重阻碍工农业发展的局面。电力供需总量差不多平衡，但是突出的问题是电力负荷峰谷差较大。虽然长远来看，随着经济的发展，这种局面会很快地消失，但是近期以来，为了优化电网的运行、保证安全供电，现阶段对电力负荷削峰填谷还是比较重要的。城市能源供应结构的调整和能源供应发展的现实背景，使得采暖用能系统的选择趋于多元化，从而使得优化整个城市的采暖能源系统成为可能。2.3经济体制改革的深化迫切要求改革旧的供热体制我国的经济体制正在向市场经济体制过渡，住房已经从实物分配变为商品货币化分配，由此极大的刺激了我国的房地产业的发展，使之成为我国经济发展中一只重要的带动力量。而与此相应的采暖供热制度却一直沿用过去计划经济下的福利体制，供热企业的采暖费收缴比较困难，绝大多数供热企业面临困境，与房地产业的兴旺发展形成了鲜明的对比。长期以来国家对采暖采取的暗补政策已经与我国进一步深化经济体制改革的要求不相适应。供热体制的改革，必然首先要求对计量方式进行改革，即改变过去供热按面积收费的“大锅饭”方法，改为按热计量收费。这就使得在评价与选择采暖方式时，其热计量实现的可能性与方便性相比以前占有更为重要的地位。2.4建筑节能的更高要求随着我国建筑业的飞速发展，建筑能耗占总能耗的比重越来越大，已经达到27％。其中约有55％为采暖能耗，是建筑能耗的最主要部分，也是浪费最为严重和节能潜力最大的部分。鉴于此，选用推广最优化的采暖方式、对系统运行进行有效地管理、执行合理的相关政策等来降低采暖能耗，对建筑节能目标的实现至为关键。我国的建筑节能程度相比发达国家还很低，但是这也从另一方面说明我国存在巨大的节能潜力，现阶段节能的边际成本还是比较低的，值得投入。2.5多种采暖方式的出现随着城市能源供应结构调整、采暖制度改革、建筑节能等因素的要求，现在出现了多种多样的采暖方式。如以燃气为能源的采暖方式，包括燃气蒸汽联合循环、大型燃气锅炉房集中供热、小型模块化单栋建筑或单元式燃气供热、分户燃气炉供热等；以燃油为能源的采暖方式，包括大中型燃油锅炉房集中供热、商业建筑中的直燃机等；以电为能源的供热方式，主要有直接电热方式（包括电暖气与电热板采暖）和风冷热泵、集中和分户水源热泵、地源热泵等热泵采暖方式。多种采暖方式的出现，为人们进行最优化、最适宜地采暖方式地选择提供了可能。综合上述的各种背景情况，现在的采暖方式已经不仅仅局限于两三种，而是有很多种选择；选择时要考虑的因素也越来越多，如环保能源方面、投资方面、运行管理方面、舒适程度等等。现在我国正处在基本建设加速发展的时期，许多城市迫于环境保护的压力急需在各种采暖方式中做出选择。而各种采暖方式在初投资、运行费用、环境影响、安全性、舒适性等上的综合评判尚无定论，存在很大的争议。建筑节能是关乎可持续发展战略性举措。为创建一个节约生态型的社会，近年来国家大力发展“绿色、节能、环保建筑”，并取得了显著成效。2006年2月16日中国建筑节能与绿色建筑新闻发布会在北京召开，建设部宣布供热体制改革两年内完成，新房节能率不达标将禁售新京报讯我国将改变按照面积收取采暖费的粗放办法，形成科学合理的价格机制的形成方式—变采暖的福利化为货币化、商品化，以暗补变成明补，谁用热谁交费为核心的北方地区供热体制改革正式启动。建设部副部长仇保兴公开表示，这项改革大致要在两年内完成。三、碳纤维发热线地面辐射采暖系统3.1碳纤维工作原理碳纤维发热线采暖系统是一种新型发热材料用于采暖系统。碳纤维电热地暖发热材料有其特殊的发热机理，与其它靠电阻发热的产品工作原理完全不同，它是在高强度绝缘材料内部植入碳纤维作为发热元件通电发热，在电引发的激励条件下，热阻件通过晶格振动产生热效应，通过微观粒子在不规则的导体面上的“布朗运动”，微观粒子在热阻件内部做高速运动。由于大量电子不断进入激励，微观粒子不断撞击、摩擦，将电能转化为热能（此能量转换也可用载流子的平均运动速度的微观结构论证）。热量以远红外辐射的形式穿透介质（导热绝缘树脂或导热阻燃橡胶）释放热量。面状发热，屏蔽紫外线，阻燃、防潮、耐腐蚀、抗氧化、无明火、无异味、无污染、长寿命的优点，电热转换率高达95%以上。3.2碳纤维发热线地面辐射采暖系统的组成碳纤维发热线地面辐射采暖系统由供暖系统和控制系统两部分构成。1.采暖系统：采暖是由铺设在地板层下的发热线发热来完成的。本采暖系统由地面基层、绝热层、反射层、接地网、发热线层、填充找平层和面层构成。地面结构见图1.图1地面结构图图1中，1表示地面基层、2表示绝热层、3表示反射层、4表示接地网、5表示发热线层、6表示填充找平层、7表示面层。2.控制系统：是保证室内温度适宜人们生活的控制中枢。该部分的作用是将热量合理的输送到室内环境中去，从而实现建筑物内始终处于适宜人们生活的温度环境下。3.3碳纤维发热线地面辐射采暖系统的特点1.系统类型简单。本采暖系统不需铺设供热管网，只需在需要供暖的房间内敷设发热线，系统简单方便，便于施工。2.初投资较低。本采暖系统由于系统形式简单，不需铺设供热管网，也没有设备房的设置，只需进行发热线及相关材料的投资，初投资相对其他供暖形式有一定的经济优势。3.计量收费公平合理。本采暖系统采用的是电采暖，用户每个采暖季使用的电能都可以方便合理的通过电表显示，解决了集中供暖中计量收费难的问题，同时也做到了收费公平合理，按用热收费的目的。4.控制方便灵活。本采暖系统可以做到分室可调可控，温度控制方便灵活，可以间断供暖，可以做到按需供暖，可根据每个人不同的生活习惯设定控制温度，大大提升了人们的热环境满意度。5.远红外保健。碳纤维在工作工程中，散发远红外射线，可以有效促进人体的血液循环，改善睡眠质量。6.温度分布均匀。本采暖系统采用地面辐射采暖，热量大部分已红外线辐射的形式散发出来，从而直接被人体或室内物体吸收反射，可充分做到室内温度分布均匀，使室内温度从下而上逐渐降低，做到“脚热头冷“，使得人们的生活热环境更加舒适。7.使用寿命长。碳纤维是一种新型的高科技材料，利用碳纤维为发热体的发热线可以充分做到同建筑物同寿命，避免了供暖系统先于建筑物老化热缺点。8.维护方便。在系统后期的使用过程中基本不需进行维护，维护管理方便，系统安全可靠。9.零污染。碳纤维的电热转换率高达98%以上，在使用过程中无光、无声、无污染，基本可做到零排放。四、碳纤维发热线地面辐射采暖系统工程案例及经济性分析4.1工程案例1）某小区采暖面积：约17万平米。2）热负荷计算：根据暖通空调相关规范，结合本小区实际建筑功能要求，供热负荷指标按45W/M2计算，则热负荷为：170000×45=7650000W，即7650KW。3）碳纤维发热线计算：选用冀研GEC碳纤维发热线，规格为150W/条。碳纤维发热线的条数为51000条。4.2项目初投资工程基本参数：1面积建筑总面积170000m22负荷总热负荷7650KW3发热线发热线条数51000条4挤塑板挤塑板面积170000m25反射膜反射膜面积170000m26钢丝网钢丝网面积170000m26消耗品成本估算表序号名称单位数量单价（元）小计(万元)备注1发热线条51000150765预估2挤塑板m21700001.220.4预估3反射膜m21700000.58.5预估4钢丝网m21700000.58.5预估4消耗品10万10预估5电气及安装25万25预估6不可估量费用20万20预估1~4项合计（元）857.4上述合计平米造价为857.4/17=50.44元/m24.3运行费用1.计算参数：1）系统日工作时间：冬季8小时2）系统的工作天数：内蒙的冬季采暖期长，选取120天3）电费：0.50元/KW•小时4）全年全天运行系数0.75.2.冬季(120天)供热运行费用：0.75×120天×7650×8小时×0.50元/KW•小时=2754000元，即该小区采暖季的运行费用为275.4万元，折合到平米数为：275.4万元/17万平米=16.2元/m2。4.4同其他采暖方式的对比1.集中供热采暖的基本数据：项目初投资：100元/m2，运行费用（根据地域有所区别）：22元/m2。2.水源热泵采暖的基本数据项目初投资：220元/m2，运行费用：9元/m2。同集中供热相比，初期节省投资费用为：（17×100-17×50.44）万元=842.52万元；每年节省的运行费用：（17×22-17×16.2）万元/a=98.6万元/a。同水源热泵相比，初投资节省的费用为：（17×220-17×50.44）万元=2882.52万元；每年多出的运行费用：（17×16.2-17×9）万元/a=122.4万元/a；若采用水源热泵