石墨烯電暖器、碳納米管電地暖、空氣源熱泵……
這些黑科技帶來(lái)冬日里的別樣溫暖
立冬節氣后，氣溫不斷走低，各式各樣的取暖設備“粉墨登場(chǎng)”。如今，除了取暖“老三樣”——暖氣、熱水袋和電熱毯外，我們身邊還出現了一些科技感很強的“取暖神器”，如石墨烯電暖器、空氣源熱泵等。它們逐漸從實(shí)驗室進(jìn)入尋常百姓家，不僅可以幫助我們抵御嚴寒，而且更加低碳環(huán)保。
石墨烯電暖器：升溫不用等，即開(kāi)即熱
有一種冷叫“南方的冬天”，而一臺電暖器對于沒(méi)有全面集中供暖的南方來(lái)說(shuō)，絕對是冬季必需品。
前幾年，石墨烯對老百姓而言，還是實(shí)驗室里的“高冷”名詞，如今石墨烯材料已經(jīng)被應用在取暖器中，并且成為市場(chǎng)新寵。
資料顯示，素有材料界“黑金”美譽(yù)的石墨烯，是目前已知最薄、強度最大、導電導熱性能最好的新型納米材料。天津大學(xué)化工學(xué)院教授張生在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)介紹道，無(wú)缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300瓦/米·度（導熱系數的單位），是目前導熱系數最高的碳材料。
除此之外，石墨烯電熱轉化效率極高，在通電后它可以將99%的電能轉化為熱能，且耗電量較低。由于其良好的導電導熱性能，使得石墨烯電暖器制熱效率非常高，升溫不用等、即開(kāi)即熱。
與傳統供暖系統相比，石墨烯在發(fā)熱時(shí)，還能夠釋放直徑為8至14微米的遠紅外線(xiàn)，將熱量輸送到各個(gè)房間。這種遠紅外線(xiàn)對人體無(wú)害，而且會(huì )像太陽(yáng)光照射在人體上一樣，讓人感受到溫暖。
值得一提的是，由于石墨烯材料比較薄，因此可以被制成貼在地板上的發(fā)熱膜，實(shí)現空間內自然均勻升溫。此外，還可以將它制成目前流行的踢腳線(xiàn)取暖器，這種取暖器不僅“顏值”高，而且便于在狹小的空間內移動(dòng)，也不會(huì )占用很大的空間。
碳納米管電地暖：能將99.8%的電能轉化為熱能
如今，我國北方不少城市已經(jīng)完成了從暖氣片到地暖的設備升級。但是在沒(méi)有全部實(shí)現集中供暖的南方地區，安裝電地暖便成了“怕冷一族”的選擇。
但目前市面上由發(fā)熱電纜、碳晶（石墨粉/短切碳纖維）等制成的電地暖，多數存在能耗高、安全性差、功率衰減嚴重等問(wèn)題，后期的維護及使用費更讓很多人望而卻步。不過(guò)，如今隨著(zhù)碳納米管技術(shù)被應用到電地暖中，南方安裝地暖的難題有望被解決。
“碳納米管和石墨烯都是碳材料‘大家族’的成員，但與平面結構的石墨烯不同，碳納米管主要是由呈六邊形排列的碳原子構成的管狀結構。在幾何層面上，碳納米管可以被看作是由若干層石墨片沿同一軸線(xiàn)卷繞而形成的空心管，根據管壁層數可將其分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。”南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院研究員牛志強介紹道，正是由于這種結構特征，碳納米管在硬度、韌性、穩定性等方面均展現出優(yōu)異的性能。
資料顯示，碳納米管1991年被首次發(fā)現，它具有優(yōu)異的增強增韌特性，在與高分子材料復合后具有極高的穩定性，同時(shí)它又具有優(yōu)異的電學(xué)性能，輔以獨特的封裝技術(shù)及電極連接方式，可以大大提升電地暖的穩定性、安全性。
通常，電地暖生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì )將碳納米管漿料涂在導電材料上，使碳納米管搭接形成面狀導電膜結構，同時(shí)在碳納米管導電膜的兩側覆以金屬電極從而形成碳納米管面熱源。通電后，碳納米管將以遠紅外線(xiàn)形式釋放能量，形成均勻發(fā)熱的面狀發(fā)熱體，從而產(chǎn)生大量的熱，并以遠紅外線(xiàn)的方式向外釋放。
在這一過(guò)程中，碳納米管的電熱轉換效率高達99.8%，其遠紅外線(xiàn)轉換效率可達83%。除此之外，由于碳納米管電地暖是利用遠紅外線(xiàn)來(lái)制熱的，而遠紅外線(xiàn)不加熱空氣，加之其輻射距離有限，故可以將熱量牢牢地“鎖定”在人體活動(dòng)的近地面范圍，從而達到高效節能的效果。
空氣源熱泵：工作時(shí)無(wú)明火、無(wú)廢氣排放
過(guò)去很長(cháng)一段時(shí)間，在我國農村地區，普遍采用燒煤取暖的方式。不過(guò)，由于所用燃燒物沒(méi)有經(jīng)過(guò)清潔處理，再加上低空排放，給環(huán)境帶來(lái)了一定污染，也對人們的健康造成了影響。為了改善人居環(huán)境，我國北方許多農村正在積極推廣煤改清潔供暖。
“在煤改清潔能源的過(guò)程中，空氣源熱泵采暖備受關(guān)注。”天津大學(xué)建筑設計規劃研究總院建筑工程師馮衛星在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)介紹道，空氣源熱泵由壓縮機、膨脹閥、蒸發(fā)器與冷凝器組成，以源源不斷的空氣作為熱量來(lái)源，只需要少量電能驅動(dòng)（通過(guò)壓縮吸收空氣中的熱量來(lái)制熱），就能夠滿(mǎn)足農村地區的各種取暖需求。
由于空氣源熱泵是以空氣中的熱能作為主要能源，因此空氣源熱泵的節能效果大約是普通電暖設備的3倍。和傳統燃煤、燃氣鍋爐等采暖方式相比，空氣源熱泵可以節省30%左右的能源。
“除此之外，空氣源熱泵還是一種安全、環(huán)保的采暖設備。”馮衛星說(shuō)，它在工作時(shí)無(wú)明火，無(wú)廢氣排放，不僅大大降低了火災、爆炸、中毒等事故發(fā)生的可能性，還減少了污染物的排放、改善了空氣質(zhì)量。
同時(shí)，空氣源熱泵的運行也非常穩定，完全不用擔心它會(huì )突然“罷工”。與太陽(yáng)能相比，空氣源熱泵沒(méi)有“靠天吃飯”的弊端，無(wú)論是陰天還是雪天，都可以正常運行。目前，新一代超低溫空氣源熱泵已經(jīng)可以適應零下25攝氏度的低溫環(huán)境。
PTC陶瓷暖風(fēng)機：小巧便攜，具有防水功能
南方的冬天雖然氣溫可能沒(méi)有北方低，但冷起來(lái)也是深入骨髓，特別是濕冷的環(huán)境，讓人們洗澡時(shí)都恨不得把“小太陽(yáng)”貼在身上。近年來(lái)出現的PTC陶瓷（正溫度系數陶瓷）發(fā)熱技術(shù)，就實(shí)現了大家把“小太陽(yáng)”隨身攜帶的愿望。
“PTC泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件。”相關(guān)專(zhuān)家表示，它能夠根據本體溫度的高低調節電阻大小，從而可以讓溫度恒定在設定值。當在中小功率模式下運行時(shí)，PTC具有恒溫發(fā)熱、無(wú)明火、熱轉換率高、受電源電壓影響極小、自然壽命長(cháng)等傳統發(fā)熱元件無(wú)法比擬的優(yōu)勢。
PTC陶瓷是一種電子陶瓷，由高純的鈦酸鋇摻入鈮、鉍、銻、鉛、錳、硅等氧化物，在1300至1350攝氏度的環(huán)境下燒結而成。它的電阻在常溫下很小，但是當溫度升至某一特定數值，其電阻會(huì )突然增大千倍甚至百萬(wàn)倍；隨著(zhù)溫度下降，電阻又會(huì )恢復原狀。
用PTC陶瓷制成的便攜式暖風(fēng)機體型迷你，只有一臺小電扇大小，其利用內置風(fēng)機吹動(dòng)空氣流經(jīng)PTC陶瓷發(fā)熱體實(shí)現供暖，送風(fēng)柔和、升溫速度快，具有自動(dòng)恒溫功能。同時(shí)，由于PTC陶瓷發(fā)熱體具有防水功能，因此適合在浴室使用。
除此之外，其內部裝有限溫器，當風(fēng)機的風(fēng)口被堵塞時(shí)，可自行斷電。同時(shí)，這種暖風(fēng)機還具有電子式防傾倒保護功能，可以在傾倒時(shí)實(shí)現自動(dòng)斷電保護。（記者陳曦）
(責任編輯：張云文)
