余海龙，林克辉，林创兴，潘杰

（东莞市唯美陶瓷工业园有限公司，东莞 523000）

1 前言

石墨烯电热膜采暖系统是指在地面铺设一层石墨烯电热膜作为发热源，通过温控器作为发热控制端而进行取暖的一种方式[1]。石墨烯电热膜采暖是近十几年来才新兴起来的一种采暖方式，其原理为通过面状的石墨烯电热膜发热，将热能转换成辐射能，通过电磁波的形式发射到人体与围护结构上，使其产生热效应[2]。相比于其他形式的采暖系统，石墨烯电热膜采暖系统具有室内热舒适性高、升温迅速、电热转换效率高、采暖费用低、易于控制、无污染等优点。[3-4]在石墨烯电热膜的使用能耗经济性分析研究中，卞鹏[5]分析了电热膜地热采暖系统经济技术因素；殷昊[2]对电热膜地暖系统进行了能耗分析。但这些都是基于实验室及北方条件下得出来的数据，而且并没有得到刚修建好的湿度较高、环境较恶劣等状态下的真实使用环境的数据。随着居民生活质量的提高以及对于生活舒适性的追求需要，南方地区对于供暖的需要也越来越大，石墨烯电热膜在南方地区的使用也越来越普及。而基于南方真实使用条件下的电热膜的能耗及使用性能的研究报道较少。

本文基于南方地区客观真实的使用条件下，对于刚修建好的民用住宅进行连续通电使用测试，通过一系列数据表征测试，对刚修建好的湿度较大、填充层厚度不同的房子进行能耗分析及使用性能的研究，为用户在使用过程中对于能耗及升温速率等性能方面提供指导。

2 试验

石墨烯电热膜施工工艺：首先将地面找平，找平后的地面铺满聚氨酯保温板，然后铺设石墨烯电热膜，接着按照地砖铺贴工艺用水泥砂浆进行填充铺贴瓷砖。

测试条件为南方地区普通住宅，室温13-15℃左右，室温设定温度为温升5-7℃，房屋有不同朝向及不同围护结构，同时为了测试电热膜上不同厚度水泥砂浆填充层的影响，施工时设计了几种不同厚度的填充层。试验过程中通过温控器的使用数据抓取，监控不同房间的温升时间及能耗数据，并对数据进行处理分析。

3 .结果与分析

3.1 填充层厚度对升温速度及能耗的影响

3.1.1 填充层厚度对升温速度的影响

试验过程中研究了在同一朝向及同样围护结构下，不同填充层厚度在电热膜开启后的地面温度变化、室内温度变化，结果如图1、图2所示。

由图1和图2可知，地面填充层的厚度对地面以及室温的温升速度具有非常大的影响。随着地面填充层厚度的减少，地面升温速度和空气温度的升温速度逐渐加快。当填充层厚度为9cm时，通电1h后地面温度才提高0.7℃，空气温度基本没有变化；当填充层厚度为3cm时，通电1h后地面温度就提高了5.2℃，空气温度也提高了1.1℃。而且当地面填充层厚度层为9cm时，开启8h后空气温度才升高了3℃，室温提升效率受到极大的影响；当厚度降到5cm时，6-7h左右就达到了保温状态；当厚度为3cm时，基本开启5-6h就可以达到设定温升为5℃的目标。这是因为随着地面填充层厚度的增加，石墨烯电热膜产生的热量需要先通过填充层升温加热，然后再通过地面将热量辐射到空间中，因此地面填充层的厚度越厚，热量传到地面的时间的就越长，因此升温速率就会大大的降低。

图1 不同填充层厚度对发热地面温升的影响

图2 不同填充层厚度对空气温度温升的影响

3.1.2 填充层厚度对能耗的影响

不同填充层厚度连续工作72h电热膜的工作时间如图3所示。由图3可知，虽然地面填充厚度过厚会影响升温效率，但并不影响能耗的增加。由图3可知，在开启后连续工作的72h内，不同厚度填充层的石墨烯电热膜工作基本都在19-21h内，没有太大的变化。这是因为填充层在石墨烯电热膜上面相当于一个蓄热结构，当温度达到设定温度停止工作后，填充层储蓄的热量也会缓慢的释放到空气中，而填充层厚度越厚，储蓄的热量越大，释放到空气中的热量就越多，保温的时间也就会越长。

图3 连续开启72小时不同厚度填充层厚度电热膜工作时间

通过以上分析可知，虽然填充层过厚会影响室内的升温效率，但并不会过多地增加能耗。因此，只要石墨烯电热膜长期开启使用，地面填充层的厚度只会影响刚开启时的升温速率，并不会太大影响后期的使用效果及能耗。对于需要追求升温速率较快的消费者来说，就可以通过减少填充层的厚度来达到这一目的。

3.2 湿度对升温速度的影响

该居民房由于刚装修完成，地面及墙面涂料等水分较大，室内湿度达到70%-80%，湿度的影响对于室内温度的升高具有非常大的影响。为了测试湿度对温度提升的影响，采用环境一样的两间房子，一间不做任何处理，一间用除湿机进行除湿24h处理，处理后的湿度为45%左右。除湿完成后两间房同时通电升温，测试地面温度和空气温度变化，结果如图4和图5所示。

图4 湿度对发热地面温升的影响

图5 湿度对室内温度的影响

由图4和图5可知，室内湿度对地面温度和室内空气温度的提升具有非常大的影响。当室内湿度在75%左右时，地面温度和室内湿度都提升的非常缓慢，开启2个小时后地面温度才提高3.9℃，室内空气温度才提高0.4℃。而当湿度降到45%左右时，2h后地面温度和室内空气温度分别达到了10.6℃和3.2℃。尤其在除湿前，通电8h后室内温度才提高3.7℃，温度提高的非常缓慢，大大的影响了石墨烯电热膜的体验感。之所以湿度对温度的提升有这么大的影响，是因为水的比热容比较大，为4200J/Kg·℃，即1kg的水升高1℃需要4200J的能量，而干混凝土的比热容为970J/Kg·℃。因此当空气中湿度较大时，石墨烯电热膜产生的热量大部分都用于水的温度提升，消耗了大量的能量，所以整体温度的提升就会变得非常的缓慢。

因此，一般新装修的房子由于湿度较高，刚开始的时候升温速度都会非常缓慢，而且能耗也会非常的高。一般待房子装修后到第二年使用时，随着湿度越来越低，电热膜系统的升温时间会越来越快，同时能耗也会逐步降低。

4 结论

（1）石墨烯电热膜表面不同填充层的厚度对温度的提升具有非常大影响。填充层越厚，升温速度越慢。但当其达到设定温度后，电热膜连续工作时不同厚度填充层对能耗的影响差别较小。

（2）湿度对电热膜的升温速度具有非常大影响。这是因为水的比热容比较大，其比热容可达4200J/Kg·℃，因此湿度越大，升温效率就会越慢。