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    中國陶瓷網(wǎng)訊 隨著人們生活水平的提高，在沒有集中供暖的地區(qū)，裝修安裝取暖系統(tǒng)——電暖/水暖系統(tǒng)，已經(jīng)成為越來越多人的選擇。近兩年來，由于環(huán)境污染壓力大，國家在京津冀等地區(qū)實行煤改電取暖政策，也使得電取暖設備受到極大的關注。對比于采用煤氣爐、空氣能機制造熱水供暖的系統(tǒng)復雜程度，以及前期的投入，采用電直接取暖設備，是一種安裝方便，整體投入較少的選擇。目前，電發(fā)熱取暖系統(tǒng)，已經(jīng)得到了行業(yè)的廣泛關注，廣東芬芳陶瓷有限公司等企業(yè)，在石墨烯發(fā)熱電暖系統(tǒng)方面，進行了廣泛的研究探索，取得了諸多研究和應用成果，產(chǎn)品已經(jīng)在市面廣泛推廣。

    目前，電暖設備的發(fā)熱組件主要有——碳纖維、石墨發(fā)熱片、電阻絲、含石墨烯發(fā)熱片，總結起來就是兩類發(fā)熱材料——碳和金屬絲發(fā)熱材料，由于電阻絲發(fā)熱在實際使用過程中，會隨著時間的增長而導致線損的增加，在實際電地暖的應用中采用得越來越少，現(xiàn)在的電暖產(chǎn)品，主要是采用碳發(fā)熱材料作為發(fā)熱組件。

主要發(fā)熱組件

    碳發(fā)熱材料的發(fā)熱機制是——在通電的情況下，碳分子產(chǎn)生聲子、離子和電子，和碳分子團之間相互摩擦、碰撞(也稱布朗運動)而產(chǎn)生熱能，熱能通過波長為5-14微米的遠紅外線方式輻射出來，有效電熱能轉換率可達90%以上，對于添加有部分石墨烯的碳材料，由于石墨烯材料的超導性，其發(fā)熱性能更穩(wěn)定，電熱轉換效率可達到99%，相對于傳統(tǒng)碳材料發(fā)熱，具有單位面積功率大，能效高的特點，有效減少鋪裝面積和減少能源消耗。

    碳發(fā)熱材料的傳熱機制——碳發(fā)熱材料之所以能夠對瓷磚起到迅速升溫的作用，就在于其100%的電能輸入被有效的轉換成了超過60%的傳導熱能和超過30%的紅外輻射能。這種雙重制熱原理，使被加熱物體：升溫更快，吸收的熱能更充足。在接通電源后，碳發(fā)熱材料會產(chǎn)生大量向上的波長在5-14微米的遠紅外線，瓷磚接受紅外線后，能被吸收轉化為熱能，使瓷磚的溫度升高。其原理如同“陽光普照萬物”一樣。 實踐證明，在人體感到同樣舒適的環(huán)境下，遠紅外線采暖比空氣對流采暖所需的環(huán)境溫度低2℃左右。因此，通過采用碳發(fā)熱材料采暖的室內，人體感到的是“熱而不燥”，全身溫暖而頭腦清新。并且，遠紅外線輔助采暖作用，使采暖的能耗顯著降低。

紅外線輻射傳熱

    遠紅外線與人體的作用機理

    1）從理論物理學的角度

    任何物體高于絕對零度都會有輻射，在理想的情況下可以用黑體輻射來模擬，所謂黑體輻射就是當其達到熱動力學平衡的時候，它的輻射就叫黑體輻射，轄射的分布可以用普朗克定律來表述。簡化過的維恩位移定律是物理學上描述黑體電磁輻射能流密度的峰值波長與其自身溫度之間的關系。人體的正常體溫在37℃左右，由定律計算出來的輻射的電磁波波長峰值在9.5μm左右。物體更容易吸收與它輻射峰值波長相近的能量，因而8-14μm波長范圍的遠紅外線更容易被人體吸收。

    2）從微觀的能量、分子振動和化學作用的角度

    當能量波的頻率與分子振動的頻率相吻合時，就會產(chǎn)生共振，能量就會被分子吸收，稱之為共振吸收。8-14μm微米遠紅外線的頻率恰好跟水分子的震動頻率吻合，所以能量會被水分子完全吸收。人體大約有60％的重量是水，并且其他大分子如DNA、RNA、蛋白質等也含有大量的氫鍵，這些都可以跟遠紅外線產(chǎn)生共振能量吸收。水分子在吸收能量后迅速傳播給身體內其他組織，所以在遠紅外線加熱時，人體感受的是由內而外的均勻受熱，而不具有其他短波長熱源的皮膚灼傷感。遠紅外線遠不如高能量射線如X光有穿透力，然而其能量卻是可以被人體有效吸收，并且沒有其他射線的破壞性。

    在人體中，水分子的存在通常是以團簇的形式或者團簇在其他大分子如DNA、RNA、蛋白質和脂肪等的周圍，吸收能量后，水分子的團簇會被打破，整個體系活性增加，效果等同于增加了離子強度。人體器官是各種生物毒素的儲存器，不能立即排出并儲存在體內，從而引發(fā)疾病。這些毒素也是被水團簇包裹并被捕獲在體內。當這些毒素積累時，血液循環(huán)被阻斷，細胞能量受損。然而，當對這些大的水團簇吸收8-14μm的遠紅外波時，水開始振動，破壞了團簇，從而把毒素可以很快的排除體外。

人體紅外輻射成像

    遠紅外線輻射對人體益處——外界遠紅外線輻射人體產(chǎn)生的一次效應可以使皮膚和皮下組織的溫度相應增高，促進血液的循環(huán)和新陳代謝，促進人的健康。遠紅外線理療對組織產(chǎn)生的熱作用、消炎作用及促進再生作用已為臨床所肯定，通常治療均采用對病變部位直接照射。紅外微量照射治療對微循環(huán)的改善效果顯著,尤以微血流狀態(tài)改善明顯，表現(xiàn)為輻照后毛細血管血流速度加快，紅細胞聚集現(xiàn)象減少,從而對改善機體組織、重要臟器的營養(yǎng)、代謝、修復及功能有積極作用。遠紅外線深透力可達肌肉關節(jié)深處，使身體內部溫暖，放松肌肉，帶動微血管網(wǎng)的氧氣及養(yǎng)分交換，并排除積存體內的疲勞物質和乳酸等老化廢物，對消除內腫，緩和酸痛效果卓越。遠紅外線照射人體產(chǎn)生共振吸收，能將引起疲勞及老化的物質，如乳酸、游離脂肪酸、膽固醇、多余的皮下脂肪等，籍毛囊口和皮下脂肪的活化性，不經(jīng)腎臟，直接從皮膚代謝。因此，能使肌膚光滑柔嫩。遠紅外線的理療效果能使體內熱能提高，細胞活化，因此，能促進脂肪組織代謝，燃燒分解，將多余脂肪消耗掉，進而有效減肥。

    因此，裝修鋪設發(fā)熱瓷磚地暖，特別是含石墨烯碳發(fā)熱材料制造的電地暖產(chǎn)品，由于其在通電發(fā)熱過程中，產(chǎn)生的遠紅外線，即可加熱空氣，又可對人體健康有益，是非常理想的電暖產(chǎn)品。

    （作者系華南理工大學材料學博士，生物醫(yī)學工程博士后，碩士生校外導師；化工高級工程師，中國顆粒制備與處理委員會理事，佛山市禪城區(qū)陶瓷行業(yè)協(xié)會會長，廣東芬芳陶瓷有限公司董事長）