內(nèi)蒙碳纖維發(fā)熱線可行性研究報告

1、.碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖可 行 性 研 究 報 告河北建研節(jié)能設(shè)備有限公司2013-7-15一、研究背景隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提升，人們的生活水平也隨之提升。隨著人們生活水平的不斷提高，對人居環(huán)境的要求已不僅要滿足基本的生活條件，而且要求創(chuàng)造舒適、安逸的人居環(huán)境，對室內(nèi)環(huán)境提出更高的要求，要求室內(nèi)環(huán)境滿足溫度、濕度、室內(nèi)風(fēng)速、污染物濃度等要求控制在一定范圍之內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境的這一要求就需要應(yīng)用暖通空調(diào)設(shè)備來實現(xiàn)。而國內(nèi)供暖系統(tǒng)大多數(shù)使用是以燃料鍋爐作熱源，生產(chǎn)低溫?zé)崴?，通過室外管網(wǎng)輸送至室內(nèi)散熱設(shè)備，形成采暖系統(tǒng)。隨著國民經(jīng)濟，現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)越來越暴露出一些弊端，如環(huán)境污

2、染、鍋爐及外網(wǎng)占地、噪音、收費難及難以克服的系統(tǒng)失調(diào)等問題。通過對暖通空調(diào)設(shè)備的改進研制以及新產(chǎn)品的研發(fā)來解決這些問題是一種很重要的途徑。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一種應(yīng)用現(xiàn)代宇航技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)出來的高效電熱轉(zhuǎn)換材料碳纖維發(fā)熱材料，開始被應(yīng)用于供暖系統(tǒng)。碳纖維采暖方式主要有：碳纖維電熱板、碳纖維電熱線、碳纖維壁畫、碳纖維衣服等。碳纖維電熱地板采暖系統(tǒng)就是碳纖維電熱板直接鋪設(shè)于地板表面的采暖系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)的表面或者鋪設(shè)木制地板、地毯等裝飾品，或者不用裝飾，就能夠應(yīng)用于采暖的供暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行時是以碳纖維為發(fā)熱材料，將熱量釋放出來，熱量直接通過表面散出來，或者通過木地板、地毯達到地板表面，

3、然后以整個地板表面為散熱面與室內(nèi)環(huán)境通過輻射和對流兩種傳熱方式來實現(xiàn)熱交換，其中輻射換熱占有相當(dāng)比重，從而達到采暖目的。與常規(guī)的以對流散熱為主的散熱器供暖相比，以碳纖維為發(fā)熱體的地板輻射供暖系統(tǒng)具有室內(nèi)溫度分布均勻、舒適性好、干凈衛(wèi)生、節(jié)約能源和計量方便等獨特優(yōu)點，符合環(huán)保、能源的發(fā)展方向，是國際上公認的先進取暖方式，被譽為“綠色供暖革命”。碳纖維具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗氧化（300 下可長期使用），質(zhì)輕、直徑細 （7 m），電阻溫度系數(shù)小，電熱性能穩(wěn)定，遠紅外輻射，屏蔽或阻尼電磁波干擾等特點。其碳纖維與植物纖維均勻混合制成碳纖維紙，易于工業(yè)化規(guī)模成產(chǎn)，已在導(dǎo)電發(fā)熱材料中得到廣泛應(yīng)用。以碳纖維材料生

4、產(chǎn)的面狀發(fā)熱體，具有大面積均勻發(fā)熱和散熱、電熱轉(zhuǎn)換效率高、遠紅外輻射及顯著節(jié)能等特點。二、我國采暖發(fā)展現(xiàn)狀2.1 城市環(huán)境保護的壓力越來越高我國能源的構(gòu)成狀況決定了長期以來一直把煤炭作為主要能源，煤炭在一次能源中的比例約占了70以上。長期以煤炭作為主要能源對我國的大氣環(huán)境造成了嚴重的破壞，資料顯示，90的SO2、70的TSP、60的NOx、85的CO2均來自于煤炭燃燒。雖然我國制定的空氣環(huán)境二級標(biāo)準遠遠低于發(fā)達國家的同類標(biāo)準，但是實際監(jiān)測結(jié)果表明，我國絕大多數(shù)城市仍然難以達到此項標(biāo)準。特別是對北方城市來說，在采暖季更是大大超過標(biāo)準的好幾倍?？梢哉f城市空氣環(huán)境問題與我國城市采暖還主要依靠煤炭直接

5、燃燒、絕大多數(shù)燃煤采暖系統(tǒng)管理運行水平低下、除塵消煙設(shè)施未能很好地運行等因素息息相關(guān)。2.2 城市能源結(jié)構(gòu)正在進行調(diào)整面對改善環(huán)境的壓力，我國正在規(guī)劃改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，計劃到2012年使我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭的比重降到60以下，天然氣的比重上升到8左右，其中增加的清潔燃料部分將主要用于大型、特大型城市的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善這些城市環(huán)境日益惡化的狀況，增強其可持續(xù)發(fā)展的能力。我國的電力供應(yīng)也已基本上扭轉(zhuǎn)了建國以來一直供不應(yīng)求、嚴重阻礙工農(nóng)業(yè)發(fā)展的局面。電力供需總量差不多平衡，但是突出的問題是電力負荷峰谷差較大。雖然長遠來看，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，這種局面會很快地消失，但是近期以來，為了優(yōu)化電網(wǎng)的運行、

6、保證安全供電，現(xiàn)階段對電力負荷削峰填谷還是比較重要的。城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和能源供應(yīng)發(fā)展的現(xiàn)實背景，使得采暖用能系統(tǒng)的選擇趨于多元化，從而使得優(yōu)化整個城市的采暖能源系統(tǒng)成為可能。2.3 經(jīng)濟體制改革的深化迫切要求改革舊的供熱體制我國的經(jīng)濟體制正在向市場經(jīng)濟體制過渡，住房已經(jīng)從實物分配變?yōu)樯唐坟泿呕峙?，由此極大的刺激了我國的房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使之成為我國經(jīng)濟發(fā)展中一只重要的帶動力量。而與此相應(yīng)的采暖供熱制度卻一直沿用過去計劃經(jīng)濟下的福利體制，供熱企業(yè)的采暖費收繳比較困難，絕大多數(shù)供熱企業(yè)面臨困境，與房地產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展形成了鮮明的對比。長期以來國家對采暖采取的暗補政策已經(jīng)與我國進一步深化經(jīng)濟體制

7、改革的要求不相適應(yīng)。供熱體制的改革，必然首先要求對計量方式進行改革，即改變過去供熱按面積收費的“大鍋飯”方法，改為按熱計量收費。這就使得在評價與選擇采暖方式時，其熱計量實現(xiàn)的可能性與方便性相比以前占有更為重要的地位。2.4 建筑節(jié)能的更高要求隨著我國建筑業(yè)的飛速發(fā)展，建筑能耗占總能耗的比重越來越大，已經(jīng)達到27。其中約有55為采暖能耗，是建筑能耗的最主要部分，也是浪費最為嚴重和節(jié)能潛力最大的部分。鑒于此，選用推廣最優(yōu)化的采暖方式、對系統(tǒng)運行進行有效地管理、執(zhí)行合理的相關(guān)政策等來降低采暖能耗，對建筑節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)至為關(guān)鍵。我國的建筑節(jié)能程度相比發(fā)達國家還很低，但是這也從另一方面說明我國存在巨大的

8、節(jié)能潛力，現(xiàn)階段節(jié)能的邊際成本還是比較低的，值得投入。2.5 多種采暖方式的出現(xiàn)隨著城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)調(diào)整、采暖制度改革、建筑節(jié)能等因素的要求，現(xiàn)在出現(xiàn)了多種多樣的采暖方式。如以燃氣為能源的采暖方式，包括燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)、大型燃氣鍋爐房集中供熱、小型模塊化單棟建筑或單元式燃氣供熱、分戶燃氣爐供熱等；以燃油為能源的采暖方式，包括大中型燃油鍋爐房集中供熱、商業(yè)建筑中的直燃機等；以電為能源的供熱方式，主要有直接電熱方式（包括電暖氣與電熱板采暖）和風(fēng)冷熱泵、集中和分戶水源熱泵、地源熱泵等熱泵采暖方式。多種采暖方式的出現(xiàn)，為人們進行最優(yōu)化、最適宜地采暖方式地選擇提供了可能。綜合上述的各種背景情況，現(xiàn)在的采

9、暖方式已經(jīng)不僅僅局限于兩三種，而是有很多種選擇；選擇時要考慮的因素也越來越多，如環(huán)保能源方面、投資方面、運行管理方面、舒適程度等等。現(xiàn)在我國正處在基本建設(shè)加速發(fā)展的時期，許多城市迫于環(huán)境保護的壓力急需在各種采暖方式中做出選擇。而各種采暖方式在初投資、運行費用、環(huán)境影響、安全性、舒適性等上的綜合評判尚無定論，存在很大的爭議。建筑節(jié)能是關(guān)乎可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略性舉措。為創(chuàng)建一個節(jié)約生態(tài)型的社會，近年來國家大力發(fā)展“綠色、節(jié)能、環(huán)保建筑”，并取得了顯著成效。2006年2月16日中國建筑節(jié)能與綠色建筑新聞發(fā)布會在北京召開，建設(shè)部宣布供熱體制改革兩年內(nèi)完成，新房節(jié)能率不達標(biāo)將禁售新京報訊我國將改變按照面積收取

10、采暖費的粗放辦法，形成科學(xué)合理的價格機制的形成方式變采暖的福利化為貨幣化、商品化，以暗補變成明補，誰用熱誰交費為核心的北方地區(qū)供熱體制改革正式啟動。建設(shè)部副部長仇保興公開表示，這項改革大致要在兩年內(nèi)完成。三、碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖系統(tǒng)3.1 碳纖維工作原理碳纖維發(fā)熱線采暖系統(tǒng)是一種新型發(fā)熱材料用于采暖系統(tǒng)。碳纖維電熱地暖發(fā)熱材料有其特殊的發(fā)熱機理，與其它靠電阻發(fā)熱的產(chǎn)品工作原理完全不同，它是在高強度絕緣材料內(nèi)部植入碳纖維作為發(fā)熱元件通電發(fā)熱，在電引發(fā)的激勵條件下，熱阻件通過晶格振動產(chǎn)生熱效應(yīng)，通過微觀粒子在不規(guī)則的導(dǎo)體面上的“布朗運動”，微觀粒子在熱阻件內(nèi)部做高速運動。由于大量電子不斷進入激

11、勵，微觀粒子不斷撞擊、摩擦，將電能轉(zhuǎn)化為熱能（此能量轉(zhuǎn)換也可用載流子的平均運動速度的微觀結(jié)構(gòu)論證）。熱量以遠紅外輻射的形式穿透介質(zhì)（導(dǎo)熱絕緣樹脂或?qū)嶙枞枷鹉z）釋放熱量。面狀發(fā)熱，屏蔽紫外線，阻燃、防潮、耐腐蝕、抗氧化、無明火、無異味、無污染、長壽命的優(yōu)點，電熱轉(zhuǎn)換率高達95%以上。3.2 碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖系統(tǒng)的組成碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖系統(tǒng)由供暖系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。圖 1 地面結(jié)構(gòu)圖1.采暖系統(tǒng)：采暖是由鋪設(shè)在地板層下的發(fā)熱線發(fā)熱來完成的。本采暖系統(tǒng)由地面基層、絕熱層、反射層、接地網(wǎng)、發(fā)熱線層、填充找平層和面層構(gòu)成。地面結(jié)構(gòu)見圖1.圖1中，1表示地面基層、2表示絕熱層、3表示

12、反射層、4表示接地網(wǎng)、5表示發(fā)熱線層、6表示填充找平層、7表示面層。2.控制系統(tǒng)：是保證室內(nèi)溫度適宜人們生活的控制中樞。該部分的作用是將熱量合理的輸送到室內(nèi)環(huán)境中去，從而實現(xiàn)建筑物內(nèi)始終處于適宜人們生活的溫度環(huán)境下。3.3 碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖系統(tǒng)的特點1.系統(tǒng)類型簡單。本采暖系統(tǒng)不需鋪設(shè)供熱管網(wǎng)，只需在需要供暖的房間內(nèi)敷設(shè)發(fā)熱線，系統(tǒng)簡單方便，便于施工。2.初投資較低。本采暖系統(tǒng)由于系統(tǒng)形式簡單，不需鋪設(shè)供熱管網(wǎng)，也沒有設(shè)備房的設(shè)置，只需進行發(fā)熱線及相關(guān)材料的投資，初投資相對其他供暖形式有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。3.計量收費公平合理。本采暖系統(tǒng)采用的是電采暖，用戶每個采暖季使用的電能都可以方便合

13、理的通過電表顯示，解決了集中供暖中計量收費難的問題，同時也做到了收費公平合理，按用熱收費的目的。4.控制方便靈活。本采暖系統(tǒng)可以做到分室可調(diào)可控，溫度控制方便靈活，可以間斷供暖，可以做到按需供暖，可根據(jù)每個人不同的生活習(xí)慣設(shè)定控制溫度，大大提升了人們的熱環(huán)境滿意度。5.遠紅外保健。碳纖維在工作工程中，散發(fā)遠紅外射線，可以有效促進人體的血液循環(huán)，改善睡眠質(zhì)量。6.溫度分布均勻。本采暖系統(tǒng)采用地面輻射采暖，熱量大部分已紅外線輻射的形式散發(fā)出來，從而直接被人體或室內(nèi)物體吸收反射，可充分做到室內(nèi)溫度分布均勻，使室內(nèi)溫度從下而上逐漸降低，做到“腳熱頭冷“，使得人們的生活熱環(huán)境更加舒適。7.使用壽命長。碳

14、纖維是一種新型的高科技材料，利用碳纖維為發(fā)熱體的發(fā)熱線可以充分做到同建筑物同壽命，避免了供暖系統(tǒng)先于建筑物老化熱缺點。8.維護方便。在系統(tǒng)后期的使用過程中基本不需進行維護，維護管理方便，系統(tǒng)安全可靠。9.零污染。碳纖維的電熱轉(zhuǎn)換率高達98%以上，在使用過程中無光、無聲、無污染，基本可做到零排放。四、碳纖維發(fā)熱線地面輻射采暖系統(tǒng)工程案例及經(jīng)濟性分析4.1 工程案例1） 某小區(qū)采暖面積：約17萬平米。2） 熱負荷計算：根據(jù)暖通空調(diào)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合本小區(qū)實際建筑功能要求，供熱負荷指標(biāo)按45W/M2計算，則熱負荷為：17000045=W，即7650KW。3） 碳纖維發(fā)熱線計算：選用冀研GEC碳纖維發(fā)熱線

15、，規(guī)格為150W/條。碳纖維發(fā)熱線的條數(shù)為51000條。4.2 項目初投資工程基本參數(shù)：1面積建筑總面積170000m22負荷總熱負荷7650KW3發(fā)熱線發(fā)熱線條數(shù)51000條4擠塑板擠塑板面積170000m25反射膜反射膜面積170000m26鋼絲網(wǎng)鋼絲網(wǎng)面積170000m26消耗品成本估算表序號名稱單位數(shù)量單價（元）小計(萬元)備注1發(fā)熱線條51000150765預(yù)估2擠塑板m21700001.220.4預(yù)估3反射膜m21700000.58.5預(yù)估4鋼絲網(wǎng)m21700000.58.5預(yù)估4消耗品10萬10預(yù)估5電氣及安裝25萬25預(yù)估6不可估量費用20萬20預(yù)估14項合計（元）857.4上

16、述合計平米造價為857.4/17=50.44元/m24.3 運行費用1. 計算參數(shù)：1）系統(tǒng)日工作時間：冬季8小時2）系統(tǒng)的工作天數(shù)：內(nèi)蒙的冬季采暖期長，選取120天3）電費：0.50元/KW小時4）全年全天運行系數(shù)0.75.2. 冬季(120天)供熱運行費用：0.75120 天76508小時0.50元/KW小時=元，即該小區(qū)采暖季的運行費用為275.4萬元，折合到平米數(shù)為：275.4萬元/17萬平米=16.2元/m2。4.4 同其他采暖方式的對比1. 集中供熱采暖的基本數(shù)據(jù)：項目初投資：100元/m2，運行費用（根據(jù)地域有所區(qū)別）：22元/m2。2. 水源熱泵采暖的基本數(shù)據(jù)項目初投資：220元/m2，運行費用：9元/m2。同集中供熱相比，初期節(jié)省投資費用為：（17100-1