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中国陶瓷网讯 随着人们生活水平的提高，在没有集中供暖的地区，装修安装取暖系统——电暖/水暖系统，已经成为越来越多人的选择。近两年来，由于环境污染压力大，国家在京津冀等地区实行煤改电取暖政策，也使得电取暖设备受到极大的关注。对比于采用煤气炉、空气能机制造热水供暖的系统复杂程度，以及前期的投入，采用电直接取暖设备，是一种安装方便，整体投入较少的选择。目前，电发热取暖系统，已经得到了行业的广泛关注，广东芬芳陶瓷有限公司等企业，在石墨烯发热电暖系统方面，进行了广泛的研究探索，取得了诸多研究和应用成果，产品已经在市面广泛推广。
目前，电暖设备的发热组件主要有——碳纤维、石墨发热片、电阻丝、含石墨烯发热片，总结起来就是两类发热材料——碳和金属丝发热材料，由于电阻丝发热在实际使用过程中，会随着时间的增长而导致线损的增加，在实际电地暖的应用中采用得越来越少，现在的电暖产品，主要是采用碳发热材料作为发热组件。
主要发热组件
碳发热材料的发热机制是——在通电的情况下，碳分子产生声子、离子和电子，和碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能，热能通过波长为5-14微米的远红外线方式辐射出来，有效电热能转换率可达90%以上，对于添加有部分石墨烯的碳材料，由于石墨烯材料的超导性，其发热性能更稳定，电热转换效率可达到99%，相对于传统碳材料发热，具有单位面积功率大，能效高的特点，有效减少铺装面积和减少能源消耗。
碳发热材料的传热机制——碳发热材料之所以能够对瓷砖起到迅速升温的作用，就在于其100%的电能输入被有效的转换成了超过60%的传导热能和超过30%的红外辐射能。这种双重制热原理，使被加热物体：升温更快，吸收的热能更充足。在接通电源后，碳发热材料会产生大量向上的波长在5-14微米的远红外线，瓷砖接受红外线后，能被吸收转化为热能，使瓷砖的温度升高。其原理如同“阳光普照万物”一样。 实践证明，在人体感到同样舒适的环境下，远红外线采暖比空气对流采暖所需的环境温度低2℃左右。因此，通过采用碳发热材料采暖的室内，人体感到的是“热而不燥”，全身温暖而头脑清新。并且，远红外线辅助采暖作用，使采暖的能耗显著降低。
红外线辐射传热
远红外线与人体的作用机理
1）从理论物理学的角度
任何物体高于绝对零度都会有辐射，在理想的情况下可以用黑体辐射来模拟，所谓黑体辐射就是当其达到热动力学平衡的时候，它的辐射就叫黑体辐射，辖射的分布可以用普朗克定律来表述。简化过的维恩位移定律是物理学上描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与其自身温度之间的关系。人体的正常体温在37℃左右，由定律计算出来的辐射的电磁波波长峰值在9.5μm左右。物体更容易吸收与它辐射峰值波长相近的能量，因而8-14μm波长范围的远红外线更容易被人体吸收。
2）从微观的能量、分子振动和化学作用的角度
当能量波的频率与分子振动的频率相吻合时，就会产生共振，能量就会被分子吸收，称之为共振吸收。8-14μm微米远红外线的频率恰好跟水分子的震动频率吻合，所以能量会被水分子完全吸收。人体大约有60％的重量是水，并且其他大分子如DNA、RNA、蛋白质等也含有大量的氢键，这些都可以跟远红外线产生共振能量吸收。水分子在吸收能量后迅速传播给身体内其他组织，所以在远红外线加热时，人体感受的是由内而外的均匀受热，而不具有其他短波长热源的皮肤灼伤感。远红外线远不如高能量射线如X光有穿透力，然而其能量却是可以被人体有效吸收，并且没有其他射线的破坏性。
在人体中，水分子的存在通常是以团簇的形式或者团簇在其他大分子如DNA、RNA、蛋白质和脂肪等的周围，吸收能量后，水分子的团簇会被打破，整个体系活性增加，效果等同于增加了离子强度。人体器官是各种生物毒素的储存器，不能立即排出并储存在体内，从而引发疾病。这些毒素也是被水团簇包裹并被捕获在体内。当这些毒素积累时，血液循环被阻断，细胞能量受损。然而，当对这些大的水团簇吸收8-14μm的远红外波时，水开始振动，破坏了团簇，从而把毒素可以很快的排除体外。
人体红外辐射成像
远红外线辐射对人体益处——外界远红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高，促进血液的循环和新陈代谢，促进人的健康。远红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著,尤以微血流状态改善明显，表现为辐照后毛细血管血流速度加快，红细胞聚集现象减少,从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用。远红外线深透力可达肌肉关节深处，使身体内部温暖，放松肌肉，带动微血管网的氧气及养分交换，并排除积存体内的疲劳物质和乳酸等老化废物，对消除内肿，缓和酸痛效果卓越。远红外线照射人体产生共振吸收，能将引起疲劳及老化的物质，如乳酸、游离脂肪酸、胆固醇、多余的皮下脂肪等，籍毛囊口和皮下脂肪的活化性，不经肾脏，直接从皮肤代谢。因此，能使肌肤光滑柔嫩。远红外线的理疗效果能使体内热能提高，细胞活化，因此，能促进脂肪组织代谢，燃烧分解，将多余脂肪消耗掉，进而有效减肥。
因此，装修铺设发热瓷砖地暖，特别是含石墨烯碳发热材料制造的电地暖产品，由于其在通电发热过程中，产生的远红外线，即可加热空气，又可对人体健康有益，是非常理想的电暖产品。
（作者系华南理工大学材料学博士，生物医学工程博士后，硕士生校外导师；化工高级工程师，中国颗粒制备与处理委员会理事，佛山市禅城区陶瓷行业协会会长，广东芬芳陶瓷有限公司董事长）
