摘要:针对低温辐射电热膜供暖系统在我国建筑供暖的应用方兴未艾,介绍了该供暖系统的原理、特点、应用及电热膜制备的工艺技术,指出低温辐射电热膜供暖系统具备节能、不占空间、节水、无烟尘和噪声污染等优点,将成为主流供暖系统之一。
引言
低温辐射电热膜供暖是从西方发达国家引进的以电力为能源,通过红外线辐射传热的供暖新技术,具有节能、不占空间、节水、无烟尘和噪声污染等优点,符合环保、能源的发展方向,是国际公认的先进供暖方式之一,被誉为“绿色供暖革命”。
1低温辐射电热膜供暖系统的原理
低温辐射电热膜供暖系统,是将半导体材料和半透明聚酯薄膜制成的红外辐射供暖材料,铺设在地板、墙壁或顶棚中,利用建筑物的地面、墙面、屋顶和其他表面对辐射源发射出的红外线进行反射。它不是单纯地加热空气,而是使人体和物体首先吸收红外辐射能量,然后由这些物体散发辐射热,自然均匀地提高室内温度,以达到最佳供暖效果。电热膜供暖系统一般包括电热膜、温控器、导线、绝热层、装饰层等。
2电热膜供暖系统的特点
2.1电热膜供暖的主要优点
(1)使用方便,节约能源
低温辐射电热膜供暖系统可通过在每个房间设置的温控器,在设定的温度范围内随意调整室温,随时启动或关闭,热效率接近100%,可分户、分单元或楼层进行计量,由用户自由控制用电量,运行十分经济。
(2)不占室内空间
低温辐射电热膜供暖系统不占用室内空间,装饰性好,整个系统使用寿命长、免维修。
(3)绿色环保
低温辐射电热膜供暖系统无废气、噪音污染,没有因室内空气对流引起的浮尘,适合现代社会绿色环保的要求。
(4)舒适度高
远红外线的热辐射有益于身体健康,给人们的感觉像在露天阳光下一样温暖舒适,没有传统供暖系统所产生的干燥和闷热的感觉。
(5)低温运行,安全可靠
通常电热膜工作时表面最高温度仅为60℃,因此不会发生烫伤或引起爆炸和火灾等事故,整个系统全部采用并联方式连接,运行稳定,可靠性高。
2.2电热膜供暖存在的问题
(1)一次投资成本高
如采用美国凯莱瑞克低温辐射电热膜采暖系统,一次投资约为90~100元/m2。但随着国内相关产品技术的不断成熟,电热膜的成本和价格一定会大幅度下调。另外,国家节能政策的不断出台和新型节能材料、节能建筑的投入使用,都将促使电热膜采暖系统的投资降低,为电热膜采暖系统的经济使用创造条件。
(2)只适用于优良的节能建筑
低温辐射电热膜供暖系统在应用中若想达到节能和运行费用低的效果,先决条件是建筑围护结构有良好的保温性能,门窗气密性要好,否则热负荷将大大提高。
所以,低温辐射电热膜供暖系统只适用于优良的节能建筑。
(3)层高要求
低温辐射电热膜供暖系统适合层高≤3.5m的节能建筑物采暖,若超过此高度可辅助使用其他配套采暖设备。
(4)电力要求
安装电热膜供暖系统时,应综合考虑安装容量和当地的电力政策和电价情况,电能不足的小区不宜使用。
3电热膜供暖系统的应用
电热膜供暖系统可广泛应用于普通住宅、高级宾馆、高层建筑、独立别墅、办公楼、生产厂房以及无人值守的场所。我国南方地区一般采用空调取暖,但空调取暖的耗电量大、空气干燥、浮尘多、舒适度差。电热膜供暖通过远红外线直接传热,有沐浴阳光的舒适感,作为一种优良的供暖系统,不仅适用于北方,更适用于冬季无取暖设施的大部分地区。
4低温辐射电热膜工艺技术
4.1低温辐射电热膜材料的配方、结构及制备
低温辐射电热膜是辐射供暖系统的主体,它是一种复合层压高分子材料,具有薄层、柔性、耐压、安全的特点。它由绝缘高分子薄膜和导电弹性体材料(可由含氟弹性体与导电炭黑混合而成)组成,再与金属载流条连接。其绝缘高分子薄膜最好是聚对苯二甲酸乙二醇酯,还可以选用聚酰亚胺、聚氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其它绝缘聚合物材料。氟碳弹性体材料为偏二氟乙烯、含氟单体的弹性共聚物,一般至少含以下一种成分:偏二氟乙烯和六氟丙烯或五氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯及六氟乙烯或五氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和五氟乙烯及全氟甲基全氟乙烯醚的共聚物,首推摩尔比为85:15~50:50的偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物。
导电弹性体薄膜(1)上下分别粘结上层绝缘膜片(2)和下层绝缘膜片(4),载流条(3、3a)为铜条,分别位于(1)的左右两侧与之相连,用来通电。下层绝缘膜片(4)外表面涂覆一层热反射材料(5)。左边(6)为开口结构,右边(7)则用适当的粘结或焊接方式将薄膜粘在一起。
共聚物为质量比60/40的偏二氟乙烯/六氟丙烯,门尼粘度35(ML-10,100℃)。混合物中添加甲乙酮以获得良好的流动性,便于印刷涂覆。
制备过程:将两片宽为38cm、长为229m、厚为0.024mm的聚酯膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯),以9.1m/min的速度分别通过逆转凹印辊涂布机、压力空气干燥机,在其中一面覆上弹性体材料,干燥温度为110℃,制成厚度0.076mm的薄膜。再将两条铜电极和薄膜同时送入压送辊中,压力为1.03MPa,温度为175℃,把电极压入弹性体薄膜中。最后,在热压薄膜外表面涂覆一层铝热反射膜。
这样制成的成品薄膜以3.2mm直径绕卷成360°,没有发生断裂现象,导电弹性体与聚酯层粘附良好。在115~118℃,230V时发热量为140W;54~57℃,115V时发热量为35W。电阻温度系数为0.397×10-3/℃。
4.2美国凯莱瑞克(CALORIQUE)电热膜的材料与生产工艺
美国凯莱瑞克电热膜销售量位居世界第一,我国一些工程中用的多为该产品。
它是由发热体材料(可导电的特制油墨、金属载流条)和基材(半透明聚酯薄膜)制成。
基底材料为聚酯薄膜,成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯。其特性是电器性能优秀,机械强度好,尺寸稳定,熔点在150~260℃之间,100℃以下不会加速老化。在外观上,制作电热膜的聚酯膜表面光洁平整,无颗粒、气泡、裂纹、褶皱、机械损伤及边缘整齐无破损,从而保证了油墨的高附着度以及高复合性能。
发热体材料为特殊配方的高性能专用油墨,成分是石墨等。电热膜特制油墨的印刷好坏,直接影响到电热膜的品质。油墨印刷时要精确保证每一条油墨的厚度、宽度,精确保证每一片电热膜上印刷油墨的均匀。
载流条材料为金属铜(镀锡)。载流条工艺为铜镀锡。铜在干燥空气中比较稳定,在水中亦无反应。由于铜的抗腐蚀性、稳定性和便于机械加工,故它在工业上应用很广。锡的熔点低,延展性好,有一定的抗腐蚀性。
生产工艺:将特制的油墨均匀地印刷在两片聚酯薄膜上,并将油墨与金属载流条连接,再将两层聚酯薄膜用特殊的热压工艺复合在一起。电热膜在热压合成时要保证聚酯薄膜的充分密合,膜片之间无气泡、杂质及起层现象。凯莱瑞克公司在电热膜油墨的印刷上采用电脑数控技术,精确控制油墨印刷的宽度与厚度,电热膜热压合成时在无尘的车间中进行,以充分保证产品的卓越品质。
5结语
低温辐射电热膜供暖系统在国外仅有十几年历史,1999年开始引进到我国的建筑供暖行业。近年来一些企业看好这个市场,纷纷投资进行研究和产品开发,但与进口产品相比还存在较大差距。随着技术发展、产品成熟以及我国电力资源等外部因素的促进,可以相信低温辐射电热膜供暖系统将替代传统供热系统的很大份额,而成为主流供热系统之一。