模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板的制作方法

本实用新型属于地暖技术领域，具体涉及一种模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板。

背景技术：

采暖是寒冷、严寒、高海拔和高寒地区居民冬季生产生活的基本需求，根据我国的自然资源和气候环境，可以应用于冬季室内采暖的能源有四种：煤、燃料油、天然气和电能。除边远艰苦地区、高海拔高寒地区、人烟稀少分散地区等不便于集中供暖外，采暖地区一般都是集中供暖。传统的采暖方式主要包括空调制热、散热片自然对流采暖及地板辐射采暖(地暖)。

散热片自然对流采暖通过提供热媒(热水或蒸汽)加热室内空气升温，这种供暖方式存在的主要问题是：

(1)采用燃煤方式时，热源效率在65％-85％之间，热效率较低，且燃烧导致的温室气体排放量大，环境污染严重，不利于节能与环保。若采用清洁能源(如天然气)替代燃煤，虽然利于节能减排与环境保护，但因改造成本过高，且会造成能源供应紧张，能源价格上涨，现阶段不利于全面推广实施。

(2)需要锅炉房或设备机房、室外管网、室内管网和热交换用的暖气片，设备与管网安装维护麻烦，且占用室内空间，采暖介质为热水时，锅炉内部和管道易产生水垢，影响采暖效果，需要专业清洗。

(3)采暖能耗高，据统计，采暖能耗占建筑总能耗的50％以上，高海拔高寒地区该比例更高；输配系统能耗和热量损失大，且需要水泵提高动力，据研究，泵耗能可占到系统总能耗的20％；需要更换热器和水箱，存在中间能量转换及其带来的能量损失。

(4)采用加热空气方式升温，容易造成室内燥热，异味，皮肤失水，口干舌燥等情况，影响住用舒适度。

空调制热通过强制对流循环热风供暖，与加热空气升温一样，都会造成室内燥热，异味，皮肤失水，口干舌燥，并且还会导致室内尘埃飞扬，污浊空气对流，滋生有害病菌，长期处于该环境中易使人产生疲劳感，影响人体健康，舒适性较差。此外，空调制热也存在着能耗高、破坏大气臭氧层影响环境等问题。

在传统采暖方式中，地暖被认为是热舒适性最高的，其能效也相对较高。与传统暖气采暖方式相比，地暖系统安装完毕后，室内不再有暖气片及其支管，增加室内使用面积，与空调等通过强制对流循环热风供暖相比，地暖空气中灰尘流动小，减少空气中有害病菌的蔓延。近几年，地暖作为一种新型采暖方式，已被政府列为重点推广应用的建筑节能技术。虽然地暖具有采暖舒适性高、节能性好、稳定性好、卫生性好、不占用房间使用面积、热源来源广等优点，但同样存在着上述散热片自然对流采暖所面临的(1)、(2)、(3)、(4)方面的问题，并且地暖管道存在漏水隐患，一旦漏水，要把地面全刨开，工程维修难度很大。

基于上述传统采暖方式存在的问题，电采暖成为一种良好的解决方案。我国电力建设经历若干年高速发展，已经结束了电力供应紧张的局面，全国电力由紧缺到富裕的拐点在2006年已经出现。随着风电、太阳能电、水电、核电等新能源的快速发展，部分用电已成为可再生能源，应用电采暖对消除冬春季电网富裕电量，节省油气资源，减少城市污染具有积极的意义。因此从电力情况看，电采暖推广具有可行性，其中，又尤以电发热地暖(电地暖)的应用前景最为广阔。但目前电地暖仍然存在着以下问题：现场施工施工工序多，施工工艺复杂，耗时长，效率低。发热体采用发热线时，施工中易导致排线不均匀，且铺装中易受损，造成通电发热不良、发热不均匀等质量问题，工程维修难度很大。会造成现场施工中发热线与外接铜电缆线的接线困难，连接存在不稳定问题，影响采暖可靠性。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型旨在提供一种模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板。

为此，本实用新型所采用的技术方案为：一种模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板，其特征在于：包括从下到上依次设置的保温板、反射膜和碳晶板；

所述碳晶板包括第一环氧树脂薄膜，所述第一环氧树脂薄膜上表面分布有若干相互平行的条形碳墨层，所述条形碳墨层沿第一环氧树脂薄膜的宽度方向延伸，在所述第一环氧树脂薄膜的上表面的两侧分别设置有金属载条，该金属载条沿着第一环氧树脂薄膜的长度方向延伸，所述金属载条压在条形碳墨层的两端，所述金属载条通过电缆线与插头相连，所述第一环氧树脂薄膜上还覆盖有第二环氧树脂薄膜，所述条形碳墨层和金属载条位于第一环氧树脂薄膜和第二环氧树脂薄膜之间；

所述保温板、反射膜和碳晶板包覆在不导电纤维布内。

采用上述方案，保温板位于地暖板最下层，其作用是将碳晶板通电发热产生的远红外线储存起来，在短期关闭电源时，保温板中储存的热量会散发出来，起到保持室温恒定的作用，并节约能源。

反射膜位于保温板之上、碳晶板之下，起隔热作用，使碳晶板通电发热散射的远红外线反射回室内，达到节约能源和室内快速升温的目的。

碳晶板位于反射膜之上，是地暖板中的发热体。具有高强度、高硬度、高密封性、电气绝缘等特点。金属载条与外接铜电缆线连接，外接铜电缆线与电源线连接，接通电源后，碳晶板即可通电发热。

碳晶板的发热机理为通过电激励，促使微观粒子之间不断摩擦、撞击，直接将电能转换为热能，不产生光能与机械能，几乎没有自身热损失。依靠这种特殊的发热机理，碳晶板的电热转换率极高，能达到99％以上。

碳晶板通电发热后产生的热量以远红外线辐射的形式穿透不导电纤维布释放，直接对室内物体加热升温，使室内物体温度高于周围空气温度，实现热量交换，与传统的加热空气升温方式有着本质区别，人体舒适度倍增。

碳晶板强度和硬度高，密封性好，热性能高、热性能稳定，在电热过程中，不发红光，高温状态下不氧化，其单位面积的电流负荷不发生性能改变，产品电热质量稳定，是一种良好的地暖板发热材料。

不导电纤维布包覆在保温板、反射膜、碳晶板之外，形成一体化模块式地暖板。

不导电纤维布对碳晶板发热产生的远红外线具有良好的穿透释放作用，有利于室内快速升温。

模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板有其特殊的发热机理，与其它靠电阻发热的产品工作原理完全不同，它是将碳墨印在高强度绝缘材料内部，作为发热元件通电发热，在电引发的激励条件下，热阻件通过晶格振动产生热效应，通过微观粒子在不规则的导体面上的“布朗运动”，微观粒子在热阻件做高速运动。由于大量电子不断进入激励，微观粒子之间不断撞击、摩擦，将电能转化为热能。热量以远红外线辐射的形式穿透玄武岩纤维布释放。

本实用新型集发热、保温、隔热、储能等功能为一体，其所有构造单元均在工厂通过全自动智能生产线封装成型，以成品形式运输至施工现场安装。该地暖板也是一种结构与功能一体化的采暖新材料，既作为楼地面结构的构造组成部分，形成具有充足承载能力和抵抗变形能力的复合构造层，同时又作为一种采暖材料提供热量。该地暖板在新建建筑和既有建筑的采暖工程施工中均能应用，能适应各种建筑结构体系。

上述方案中：所述保温板为玄武岩纤维保温板。

玄武岩纤维采用优质天然火成岩矿石经高温熔融连续拉制而成，生产工艺清洁，无噪音污染，无“三废”排放，无渣球，天然可降解，是一种绿色环保的高技术纤维。采用玄武岩纤维制作的玄武岩纤维保温板具备优异的力学性能，燃烧性能达到A1级，不燃无烟无味，化学稳定性好，热稳定性高，疲劳性能优异，电绝缘性好，玄武岩纤维保温板作为地暖板的保温储热材料，可充分发挥其保温储热性能，节能效果显著。

上述方案中：所述不导电纤维布为玄武岩纤维布。玄武岩纤维布具有质量轻、强度高、不导电、无磁性、耐腐蚀、适应碱性环境、热胀系数与硅酸盐材料接近等特点，因此，采用玄武岩纤维布对地暖板进行包覆，几乎不增加地暖板重量，不存在漏电危险。如果铺设地砖，与上覆水泥砂浆层共同工作性能好，经久耐用无需更换，并能有效提高地暖板的强度。

上述方案中：所述不导电纤维布的上表面设置有纤维格栅，在所述纤维格栅上设置有水泥砂浆层，地砖铺设在水泥砂浆层上。优选：所述纤维格栅为玄武岩纤维格栅。

地暖板铺设完成后，在其上铺设纤维格栅，然后再干铺一层水泥砂浆，水泥砂浆不宜过厚，以刚好覆盖玄武岩纤维格栅为宜。最后，在水泥砂浆层上铺设地砖。

水泥砂浆层的作用是将模块式地暖板和地砖固定成整体，避免使用过程中的移位错动，影响工程质量和采暖效果。

与玄武岩纤维布一样，玄武岩纤维格栅也是一种轻质、高强、不导电、无磁性、耐腐蚀、适应碱性环境、热胀系数与硅酸盐材料的高性能复合材料。采用玄武岩纤维格栅增强水泥砂浆，可以提高水泥砂浆层的抗裂能力和裂缝控制能力，增强地暖结构的整体性和抗弯性能，有效提高刚度、减小变形，避免采暖过程中出现地板开裂、隆起等不良现象。

上述方案中：所述不导电纤维布上面铺设有木地板。

本实用新型的有益效果是：

(1)安全可靠，无漏电隐患。环氧树脂薄膜能够抗高压不被击穿，具有高强度、高硬度、高密封性等特点，这就保证了地暖板具有良好的绝缘性能，无闪络击穿现象发生，即使地暖板通电后置于水中浸泡也不会漏电，使用时无冷启动温区，无触电危险，正常使用下无需维护，达到国家二类电器标准，使用安全可靠。

(2)防火性能优异，无火灾、烫伤隐患。根据《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB8624-2006)对该地暖板的防火性能进行检验，其燃烧性能达到A1级，不燃无烟无味。该地暖埋藏在水泥中，低温工作，不产生明火，无火灾隐患，表面不发烫，无烫伤隐患。

(3)热量均匀，体感舒适。碳晶板质量均匀，面状发热，散热面积大，室内全地面低温散热，因而发热均匀、速度快、易于传递，具有合理的热力学温度分布，室温由下而上逐渐递减2～3℃，有效热量集中于人体受益的高度内，符合人体生理，给人以脚温头凉的良好舒适感。

(4)远红外线辐射升温，有利人体健康。作为一种非金属复合导电材料，该地暖板是通过远红外线辐射，对室内物体直接加热升温，有效解决传统加热空气升温方式的弊端，卫生健康。远红外线波长集中于8-15μm之间，是与人体最匹配的红外线波段，具有健康理疗功效。

(5)电热转化率高，节约能源。该地暖板以热辐射形式提供热能，热辐射是一种效率很高的传热方式，以电磁波形式向外传递能量，有较强的渗透能力，具有显著的温控效应和共振效应，易被物体吸收转化为物体内能。因此，该地暖板导电发热时是直接把电能转换为热能，不会产生光能与机械能，几乎没有自身热损失，电热转换率高达99％以上，碳晶板通电3min表面温度即可达到设计温度。在同样满足温暖舒适条件下，该地暖的温度设置可比其他采暖方式低2～3℃。与传统电采暖产品相比，该地暖节能40％左右，因此铺装功率较低，绝大多数情况下无需增容。

(6)绿色环保，经济耐用。该地暖为非金属纯电阻加热元件，运行时无噪音、无静电、无浮尘、无明火、可祛湿除潮，属洁净环保型产品。该地暖使用电力，无温室气体和有害气体排放，不会造成环境污染，随着清洁能源发电的推广，可彻底实现零排放、零污染。作为一种非金属材料，该地暖耐氧化、耐腐蚀，使用寿命达到50年以上，远高于发热电缆、电热膜、燃气水暖、电锅炉水暖、集中供热等传统采暖方式的使用寿命。经测算对比，以120天费用为评价指标，该地暖的使用成本低于传统采暖方式的使用成本。

(7)电阻可调，温度可控。根据发热量和规格要求，控制碳晶板中碳墨的含量、形态结构和分布状况，可以得到不同电阻值的发热板，电阻值可在较大范围内调节，碳晶板表面温度可控制，从而满足不同应用场景的使用要求。通过安装温控开关，可实现室内不同房间独立控制采暖温度，满足不同体质、不同年龄人群取暖需求。

(8)自动化智能化生产，装配式施工。该地暖板的所有构造单元均在工厂通过全自动智能生产线封装成型，以一体化模块式形式供应，避免了产品生产过程中人为因素的影响，产品质量得到极大保证。

(9)升温迅速，保温隔热储能性能优异。现场恒温、升温、储能测试表明：该地暖板在19h恒温测试中，温度保持恒定不变；改变设置温度，地面温度及时响应，提高设置温度，10min后地面温度即可升高1℃，碳晶板、玄武岩纤维保温板、地砖三者之间达到热态平衡，地暖房可按设定的温度进行采暖运行；关闭地暖板电源后10h，温度仅仅降低5℃。经国家红外及工业电热产品质量监督检验中心检测，该地暖板远红外线辐射取暖效果良好，安全可靠正常，达到地暖房采暖标准。

(10)接线简单，稳定可靠。在碳晶板中设置金属载条，外接铜电缆线即可通过金属夹片与金属载条连接，从而实现对碳墨供电，使碳晶板发热辐射热量，这样就较好解决了非金属导电材料与外接铜电缆线的接线困难问题，保证了通电连接的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2为碳晶板的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明：

实施例1，如图1-2所示，模块式碳晶板-纤维复合发热地暖板从下到上依次为保温板1、反射膜2、碳晶板3、不导电纤维布4、纤维格栅5、水泥砂浆层6、地砖7、插头8。

保温板1可以为普通的保温板，优选为玄武岩纤维保温板。

碳晶板3包括第一环氧树脂薄膜301，第一环氧树脂薄膜301上表面分布有若干相互平行的条形碳墨层302，条形碳墨层302之间有间隙。条形碳墨层302沿第一环氧树脂薄膜301的宽度方向延伸，在第一环氧树脂薄膜301的上表面两侧分别设置有金属载条303，该金属载条303沿着第一环氧树脂薄膜301的长度方向延伸，金属载条303压在条形碳墨层302的两端，金属载条303通过电缆线与插头8相连，第一环氧树脂薄膜301上还覆盖有第二环氧树脂薄膜304，条形碳墨层302和金属载条303位于第一环氧树脂薄膜301和第二环氧树脂薄膜304之间。

保温板1、反射膜2和碳晶板3包覆在不导电纤维布4内。不导电纤维布4优选为玄武岩纤维布。

不导电纤维布4的上表面设置有纤维格栅5，纤维格栅5为玄武岩纤维格栅。在纤维格栅5上设置有水泥砂浆层6，地砖7铺设在水泥砂浆层6上。

还可以在不导电纤维布4上面铺设木地板，图中未画出铺设木地板的情况。

本实用新型不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。