立冬節(jié)氣后，氣溫不斷走低，各式各樣的取暖設(shè)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(xiàn)了一些科技感很強(qiáng)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(yàn)室進(jìn)入尋常百姓家，不僅可以幫助我們抵御嚴(yán)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(tái)電暖器對(duì)于沒(méi)有全面集中供暖的南方來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是冬季必需品。

(資料圖片)

前幾年，石墨烯對(duì)老百姓而言，還是實(shí)驗(yàn)室里的“高冷”名詞，如今石墨烯材料已經(jīng)被應(yīng)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(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)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?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)介紹道，無(wú)缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300瓦/米·度(導(dǎo)熱系數(shù)的單位)，是目前導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料。

除此之外，石墨烯電熱轉(zhuǎn)化效率極高，在通電后它可以將99%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，且耗電量較低。由于其良好的導(dǎo)電導(dǎo)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(tǒng)供暖系統(tǒng)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(yuǎn)紅外線(xiàn)，將熱量輸送到各個(gè)房間。這種遠(yuǎn)紅外線(xiàn)對(duì)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(xiàn)空間內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化為熱能

如今，我國(guó)北方不少城市已經(jīng)完成了從暖氣片到地暖的設(shè)備升級(jí)。但是在沒(méi)有全部實(shí)現(xiàn)集中供暖的南方地區(qū)，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(shù)存在能耗高、安全性差、功率衰減嚴(yán)重等問(wèn)題，后期的維護(hù)及使用費(fèi)更讓很多人望而卻步。不過(guò)，如今隨著碳納米管技術(shù)被應(yīng)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)。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(jù)管壁層數(shù)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(qiáng)介紹道，正是由于這種結(jié)構(gòu)特征，碳納米管在硬度、韌性、穩(wěn)定性等方面均展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

資料顯示，碳納米管1991年被首次發(fā)現(xiàn)，它具有優(yōu)異的增強(qiáng)增韌特性，在與高分子材料復(fù)合后具有極高的穩(wěn)定性，同時(shí)它又具有優(yōu)異的電學(xué)性能，輔以獨(dú)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(wěn)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(dǎo)電材料上，使碳納米管搭接形成面狀導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)在碳納米管導(dǎo)電膜的兩側(cè)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(yuǎn)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(yuǎn)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(zhuǎn)換效率高達(dá)99.8%，其遠(yuǎn)紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)83%。除此之外，由于碳納米管電地暖是利用遠(yuǎn)紅外線(xiàn)來(lái)制熱的，而遠(yuǎn)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(dá)到高效節(jié)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(zhǎng)一段時(shí)間，在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)，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(duì)人們的健康造成了影響。為了改善人居環(huán)境，我國(guó)北方許多農(nóng)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?！碧旖虼髮W(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院建筑工程師馮衛(wèi)星在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)時(shí)介紹道，空氣源熱泵由壓縮機(jī)、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(qū)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(nóng)村地區(qū)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(jié)能效果大約是普通電暖設(shè)備的3倍。和傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)忮仩t等采暖方式相比，空氣源熱泵可以節(jié)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(shè)備?！瘪T衛(wèi)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(zāi)、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(yùn)行也非常穩(wěn)定，完全不用擔(dān)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(yùn)行。目前，新一代超低溫空氣源熱泵已經(jīng)可以適應(yīng)零下25攝氏度的低溫環(huán)境。

PTC陶瓷暖風(fēng)機(jī)：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(xiàn)的PTC陶瓷(正溫度系數(shù)陶瓷)發(fā)熱技術(shù)，就實(shí)現(xiàn)了大家把“小太陽(yáng)”隨身攜帶的愿望。

“PTC泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件?！毕嚓P(guān)專(zhuān)家表示，它能夠根據(jù)本體溫度的高低調(diào)節(jié)電阻大小，從而可以讓溫度恒定在設(shè)定值。當(dāng)在中小功率模式下運(yùn)行時(shí)，PTC具有恒溫發(fā)熱、無(wú)明火、熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小、自然壽命長(zhǎng)等傳統(tǒng)發(fā)熱元件無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

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(jié)而成。它的電阻在常溫下很小，但是當(dāng)溫度升至某一特定數(shù)值，其電阻會(huì)突然增大千倍甚至百萬(wàn)倍;隨著溫度下降，電阻又會(huì)恢復(fù)原狀。

用PTC陶瓷制成的便攜式暖風(fēng)機(jī)體型迷你，只有一臺(tái)小電扇大小，其利用內(nèi)置風(fēng)機(jī)吹動(dòng)空氣流經(jīng)PTC陶瓷發(fā)熱體實(shí)現(xiàn)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(nèi)部裝有限溫器，當(dāng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)口被堵塞時(shí)，可自行斷電。同時(shí)，這種暖風(fēng)機(jī)還具有電子式防傾倒保護(hù)功能，可以在傾倒時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電保護(hù)。

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