電熱膜輻射采暖的節(jié)能機(jī)理
發(fā)布時(shí)間：2021-09-27 發(fā)布人：總管理員
電熱膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚脂薄膜, 是由可導(dǎo)電的特制油墨和金屬載流條或紅外輻射涂料經(jīng)印刷、熱壓于兩層絕緣聚脂薄膜（PET）之間制成。
它以電力為能源, 以電熱膜為發(fā)熱體。當(dāng)接通電源后, 電熱膜主要以遠(yuǎn)紅外輻射的形式散發(fā)熱量。
和傳統(tǒng)的散熱器采暖方式相比，電熱膜供暖系統(tǒng)不僅增加了用戶的使用面積，減少維修量，解決了傳統(tǒng)供暖方式所帶來的污染嚴(yán)重、計(jì)量難、收費(fèi)難等問題, 另外采暖效果好, 節(jié)能?，F(xiàn)從以下幾個(gè)方面介紹其節(jié)能機(jī)理。
2、電熱膜的散熱方式
理論上講, 熱量傳遞有三種基本方式: 熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。從技術(shù)上講, 這三種方式一般情況下是不能截然分開的，熱量傳遞是一種綜合過程。某種供熱方式為主就稱其為該傳熱方式供暖。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB8623- 88 的規(guī)定, 紅外輻射轉(zhuǎn)換效率＞50% , 即紅外輻射傳遞的能量過半, 而傳導(dǎo)和對(duì)流方式傳遞能量之和＜ 50% 的產(chǎn)品才能稱為遠(yuǎn)紅外輻射產(chǎn)品。
目前國內(nèi)出現(xiàn)的電熱膜其輻射率高, 在要求的使用溫度下均能達(dá)到紅外輻射產(chǎn)品的規(guī)定, 屬于遠(yuǎn)紅外輻射電熱膜。普通電熱膜的電-熱輻射轉(zhuǎn)化效率一般＜70%。
以熱輻射為主的電熱膜供暖中, 電熱膜所散發(fā)的熱量表達(dá)式為:
式中：Q為電熱膜的熱量、E為電熱膜的發(fā)射率、Rb為黑體輻射常數(shù)、T1為電熱膜工作溫度、T2為周邊環(huán)境溫度。
輻射采暖中熱量與發(fā)射體溫度的四次方呈比例, 而在對(duì)流采暖中這個(gè)比例較低, 即發(fā)熱體的溫度對(duì)輻射采暖的影響較大, 再者紅外輻射電熱膜的發(fā)射率E很高, 一般在 0.9左右, 說明輻射采暖中能量的轉(zhuǎn)化率較高。
3、遠(yuǎn)紅外電熱膜輻射能量的傳播過程
電熱膜工作時(shí)所產(chǎn)生的紅外輻射是電磁波的一部分, 它以光的速度傳播到人體, 大部分被人體表面吸收, 只有少部分輻射透射入人體內(nèi)部再被吸收。
輻射能的傳播可以不依賴于空氣介質(zhì), 而和人體直接發(fā)生作用。而且空氣的主要成分O2 、N2 幾乎不吸收紅外波段能量, 空氣只有在與熱源和被加熱體( 人體) 直接接觸時(shí), 才能接收一些能量。
這在現(xiàn)實(shí)中，多有生活體驗(yàn)，比如冬季我們站在室外，一旦太陽曬在身上，盡管室外溫度并未發(fā)生大幅度改變，身體仍然會(huì)感覺到暖洋洋的。
輻射采暖消耗于空氣的能量少, 能量利用率高, 采暖效果好。這與對(duì)流能的傳播存在本質(zhì)區(qū)別: 對(duì)流采暖依賴于中間介質(zhì)（空氣）, 靠近熱的散熱器表面的空氣分子吸收熱量, 溫度升高, 運(yùn)動(dòng)增強(qiáng), 在浮升力的作用下向空間的上部流動(dòng), 從而驅(qū)使冷空氣流向散熱器。
冷熱空氣如此往復(fù)流動(dòng), 使房間活動(dòng)區(qū)內(nèi)空氣溫度最終達(dá)到要求。冷熱空氣流動(dòng)的特點(diǎn)決定房間上部的空氣溫度始終比人所在的活動(dòng)區(qū)溫度高, 增加了能量的浪費(fèi), 導(dǎo)致對(duì)流采暖中能量利用率相對(duì)較低, 采暖效果差。
4、人體的得熱機(jī)理
不同的采暖方式, 人體及周圍物體獲得能量的方式也不同。對(duì)流采暖中, 他們主要以對(duì)流方式從被加熱的空氣中獲得能量, 因此室內(nèi)的空氣溫度總是比周圍物體溫度高。
而輻射采暖中, 主要以輻射方式從輻射源直接獲得能量, 室內(nèi)的空氣溫度總是比周圍物體溫度低。這也是輻射采暖節(jié)能的原因所在。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明: 輻射熱條件下的室溫 16℃ , 相當(dāng)于 18~ 20 ℃的對(duì)流環(huán)境。
輻射能量投射到人體時(shí), 遵循可見光的規(guī)律: 部分被吸收, 部分被反射, 透射的為零。人體吸收比例越大, 即吸收率越大, 能量的利用率就越高。
人體對(duì)投射的能量進(jìn)行選擇性吸收（不同的光譜、波長(zhǎng)其吸收率不同, 遵從匹配吸收原則）。
所謂匹配吸收原則可見下圖，投射光譜Gλ1的輻射力峰值在短波長(zhǎng)區(qū), Gλ2的在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū), 物體的吸收率曲線為α, 它在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)中有較多的能量吸收。
所以, 在實(shí)際中, 希望投射輻射的能量盡量集中在物體較高的吸收光譜區(qū)中, 滿足這一要求就稱投射輻射光譜與物體吸收光譜匹配。
電熱膜采暖中, 若電熱膜輻射光譜和人體的吸收光譜匹配, 能很大程度地節(jié)約能源。達(dá)到光譜匹配, 一般采取兩種方法。
一種是改變電熱膜的工作溫度,從而改變輻射源的發(fā)射光譜適應(yīng)人體的吸收光譜。根據(jù)普朗克定律: 溫度升高, 峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。
由于采暖的特殊性, 電熱膜的工作溫度一般在 40~ 60℃ , 最高不能超過 85℃ , 因此通過調(diào)節(jié) 工作溫度達(dá)到光譜匹配受到一定的限制。
第二種是通過摻雜的方法改變電熱膜發(fā)熱涂料的輻射光譜而達(dá)到和人體的吸收光譜匹配。摻雜物質(zhì)的分子振動(dòng)頻率影響吸收光譜, 而吸收光譜和其輻射光譜相關(guān)。
摻雜物質(zhì)是雙原子分子, 其原子質(zhì)量越小、化學(xué)鍵的強(qiáng)度越大, 分子振動(dòng)頻率越高 。
如增加HF94-1 高紅外發(fā)射涂料中填加劑的陽離子質(zhì)量, 吸收峰位置向低波數(shù)方向移動(dòng)。
摻雜的方法可取, 但要達(dá)到滿意的光譜匹配有很大難度, 需要選擇合適的摻雜元素, 而且摻雜比例很小的變化對(duì)輻射光譜有很大的影響。
某種程度上，電熱膜的電熱輻射轉(zhuǎn)化效率（紅外轉(zhuǎn)化效率）的高低，反映電熱膜導(dǎo)電漿料的配比的合理性以及材料的穩(wěn)定性，節(jié)能性的優(yōu)劣對(duì)比，具有參考意義。
