试析碳晶电热板辐射采暖系统

2024年8月10日发(作者：定制衣柜尺寸标准)

试析碳晶电热板辐射采暖系统

近年来，人们的生活水平明显提高，采暖形式越来越多样化，市场上出现了

很多不同种类的采暖设备，如发热电缆、电热膜、电暖气等，这些采暖设备技术

和性能已经比较成熟。碳晶电热板辐射采暖系统具有响应速度快、可调性强等优

点，和电采暖形式相比，具有良好的经济性和环保性，因此在未来发展过程中，

应加大对碳晶电热板辐射采暖系统的研究和推广。

一、碳晶电热板发热的基本原理

碳晶電热板内部含有一个碳纤维平板主要用于发热，利用层压技术将绝缘材

料、导电电极、碳纤维复合导电纸等材料复合起来，制作成碳纤维电热板，接通

电源后，碳纤维电热板中的碳纤维材料成为电流流通的通道，释放大量热量。短

切碳纤维在碳晶电热板中的分布状态不规则，纤维材料之间相互搭接，构成碳纤

维网格。碳纤维导电聚合物和填充材料相互接触，两者之间相隔一定的距离，一

旦外部电源被接通，碳纤维材料会形成电流通道。同时，碳晶电热板中其它功能

体的距离相隔比较近，中间是一层薄聚合物层，电子被热振动激活以后易穿透薄

聚合物层，周围导电粒子和激活电子结合，形成隧道电流，这就是碳晶电热板导

电原理。

如果某种物质内部形成温度梯度，温度高部位会将热量传递到温度低部位，

即形成这种物质的热量传导。对于碳纤维发热材料，碳原发生晶格振动引起热量

传递，和复合材料相比存在一些差异，碳纤维电热板传递热量主要是声子之间发

生相互作用。碳纤维材料导热率计算公式： ，公式中， 是热导率[W/（m K）]；

A是热导系数；C是热容[J/（kg K）]；v是声子速度（m/s）；L是声子平均自

由程（m）； 是声子振动频率（1/s）。[1]经过简化计算， ，根据公式可知，

碳纤维热导率主要由L来决定，L又受到电子相互碰撞和散射影响，其和微晶尺

寸成正比。在碳纤维材料中主要有两种作用形式：界面和声子、缺陷和声子之间

相互作用以及声子间的相互作用，不同的碳纤维结构中这两种作用产生的热导率

不同，高结晶度的碳纤维材料，缺陷和晶界少，缺陷和界面间隔影响较小，声子

之间的散射路程发挥着主导作用，因此碳晶电热板在加工制作时应仔细研究碳纤

维材料的微观结构，确保发热效率。

二、碳晶电热板发热特点

碳晶电热板中的晶格振动发热，丙烯氰基碳纤维材料作为碳晶电热板搭接线，

并且碳晶电热板中含有少量的纳米碳纤维，有效减少了火花和静电消散，保障了

晶格点阵和相互接触的搭接传热，纳米碳素晶体材料是一种纵横交错的网格，载

流子从网格的高电势位置移动到低电势位置，形成均匀的发热面，碳纤维局部无

序，整体有序，碳晶电热板在实际应用中整张板都散热，内部的短切碳纤维产生

8～11 m远红外线[2]，碳晶电热板在接通电源的几十秒以内，电热板温度快速

上升，并且内部碳纤维热量快速传递到表面电热材料，3～5分钟表面材料和发

热体实现热态平衡，在恒定温度下实现热辐射。碳晶电热板具有良好的绝缘性和

安全性，使用寿命比较长，击穿电压10000V，在长时间使用过程中防水、防潮、

不脱落、不断裂，适合应用在宾馆、会议室、办公室等场所，可用于衣物烘干、

浴池加温、家庭取暖，满足人们的生活生产需要。

三、碳晶电热板辐射采暖系统应用

1、铺设形式

（1）靠墙铺设

靠墙铺设是指在墙裙位置辐射电热板，利用辐射作用传递热量，这种铺设形

式不影响建筑室内的美观度，可以提高局部区域的热量。根据建筑室内设计要求，

可在墙面上悬挂电热板，减少地面周围的散热量，增加建筑室内的温度梯度。

（2）地面铺设

地面铺设适合应用在办公室，在座椅或者办公桌下方平铺一块或几块电热板，

对于人员比较集中的位置，在碳晶电热板上面加一层保护层，发挥良好的保护作

用。对于民用建筑工程，碳晶电热板可以铺设在床、沙发或者座椅上，为人们提

供舒适的室内环境[3]。

2、经济性

（1）初投资计算

上海地区主要采用电暖气和家用空调采暖，根据当前的电价（0.617元/kWh）

和维修费以及不同采暖形式的使用寿命，根据计算家用空调设备初期投资约

2000～3000元，电暖气设备初投资费用约500元，这两种采暖设备不需要花费

安装施工费用，如果采用碳晶电热板辐射采暖系统，每年的费用约200元，从初

投资费用来看，碳晶电热板辐射采暖系统具有良好的经济效益。

（2）运行维护费用

碳晶电热板辐射采暖系统投入使用后，稳定性和安全性较高，通常情况下不

需要大修，只需要在日常使用过程中注意管理维护。而家用空调采暖设备需要大

量的电能，并且维护检修频率较高，在使用寿命内，维护检修费用约880～1250

元，根据年运行能耗进行计算，电暖气年耗电量约558kWh，空调采暖年耗电量

约280kWh，碳晶电热板辐射采暖系统年耗电量约400kWh。

（3）年平均费用

按照年平均费用计算公式： ，公式中，A是采暖年平均费用（元）；P是设

备初投资费用（元）；R是运行费用（元）；M是维护费用（元）；N是维护费

用（元）。根据计算，电暖气年平均费用约350元，空调采暖年平均费用约520

元，碳晶电热板辐射采暖系统年平均费用约260元[4]，因此碳晶电热板辐射采

暖系统的经济效益非常明显。

结束语：

近年来，碳晶电热板辐射采暖系统快速发展，其具有良好的经济性、安全性

和稳定性，和传统的电暖气、空调采暖设备相比，应用优势明显。通过分析碳晶

电热板辐射采暖系统，要加大对其的研究，积极融合新技术，推动碳晶电热板辐

射采暖系统快速发展。

参考文献：

[1]付玉. 碳晶电热板用于室内局部辐射采暖的研究[D].哈尔滨工业大学，

2011.

[2]王璇，韩伟国. 碳晶电热板辐射采暖系统的研究与应用[J]. 中国新技术新

产品，2015，04：145.