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【重磅】石墨烯电热膜的春天来了?四部委联合中央财政大力支持清洁采暖

为贯彻落实习近平总书记在中央财经领导小组第14次会议上关于“推进北方地区冬季清洁取暖”重要讲话精神和2017年政府工作报告“坚决打好蓝天保卫战”重点工作任务,财政部、住房城乡建设部、环境保护部、国家能源局决定开展中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点工作。现将有关事项通知如下:


  一、支持方式

  中央财政支持试点城市推进清洁方式取暖替代散煤燃烧取暖,并同步开展既有建筑节能改造,鼓励地方政府创新体制机制、完善政策措施,引导企业和社会加大资金投入,实现试点地区散烧煤供暖全部“销号”和清洁替代,形成示范带动效应。


  试点示范期为三年,中央财政奖补资金标准根据城市规模分档确定,直辖市每年安排10亿元,省会城市每年安排7亿元,地级城市每年安排5亿元。


  二、试点城市选择

  采取地方自愿申报、竞争性评审方式确定试点城市。申报试点的城市按三年滚动预算要求编制实施方案,并由省级财政、住房城乡建设、环保、发展改革(能源)主管部门联合向财政部、住房城乡建设部、环保部、国家能源局(以下简称“四部门”)申报,具体申报指南见附件。四部门对申报城市进行资格审核,对通过资格审核的城市,将组织公开答辩,由专家进行现场评审,现场公布评审结果。


  试点工作将重点支持京津冀及周边地区大气污染传输通道“2+26”城市,优先支持工作基础好、资金落实到位、计划目标明确、工作机制创新较为突出的城市。


  三、改造范围和内容

  试点城市应因地制宜,多措并举,重点针对城区及城郊,积极带动农村地区,从“热源侧”和“用户侧”两方面实施清洁取暖改造,尽快形成“企业为主、政府推动、居民可承受”的清洁取暖模式,为其他地区提供可复制、可推广的范本一是加快热源端清洁化改造,重点围绕解决散煤燃烧问题,按照“集中为主,分散为辅”、“宜气则气,宜电则电”原则,推进燃煤供暖设施清洁化改造,推广热泵、燃气锅炉、电锅炉、分散式电(燃气)等取暖,因地制宜推广地热能、空气热能、太阳能、生物质能等可再生能源分布式、多能互补应用的新型取暖模式。二是推进用户端建筑能效提升,严格执行建筑节能标准,实施既有建筑节能改造,积极推动超低能耗建筑建设,推进供热计量收费。具体改造内容由试点城市自主确定。


  四、组织实施

  试点城市是清洁取暖工作任务的责任主体,应加强组织领导,成立试点工作领导小组,统筹负责清洁取暖规划制定、预算安排、政策制定、监督考核以及有关重大事项。要根据需求编制专项规划和年度计划,并与城市总体规划和控制性详细规划相衔接,因地制宜选择切实可行、居民欢迎的清洁取暖技术路线。应积极探索采取政府与社会资本合作(PPP)、特许经营等市场化模式建设运营清洁取暖项目,完善价格和收费政策,调动企业和社会资本参与清洁取暖改造积极性。要加强清洁取暖改造项目质量管理,对项目设计、施工、监理、有关设备材料采购供应、验收等环节实行规范管理,严格工程投入资金全过程审计监督。


  财政部、住建部、环保部、国家能源局等有关部门将充分发挥职能作用,完善政策措施,加强对试点城市清洁取暖工作的支持、指导和监督。住房城乡建设部将建立健全城乡建筑节能标准并督促地方严格标准执行,推进既有建筑节能改造;指导地方加快供热供暖体制改革,形成有利于清洁取暖的体制机制。环保部将对相关城市空气质量进行重点监测、强化考核,监督试点城市完成清洁取暖改造任务。国家能源局将抓紧牵头研究制定清洁取暖的总体规划,进一步明确改造方式和路径,并对相关城市加强指导;督促有关地方放开能源生产和使用等方面准入限制。中央财政奖补资金将采取“先预拨、后清算”的方式下达,财政部会同住房城乡建设部、环境保护部、国家能源局等部门对试点城市开展绩效考核并清算奖励资金。具体绩效评价方法另行制定。


  北方地区各省级财政、住房城乡建设、环保、发展改革(能源)主管部门要高度重视此项工作,积极谋划,组织有关城市做好实施方案编制工作,并尽快研究制定配套政策,推动相关技术标准编制和研究,加大力度开展相关能力建设。

   

财政部 住房城乡建设部 环境保护部 国家能源局

2017年5月16日


电热膜产品研发现状

                          

一、电热膜的由来

人类自从学会用电以来,电除被用于照明、驱动机器之外,还被用来加热、烧水、煮饭、取暖。人类最早用金属丝作为加热材料。后来为了提高电热丝的寿命,人们发现了钨、铜、铬、镍等高温难熔金属,用这些材料制成的电阻丝,寿命提高了十几倍。以后,人们又发明了无机非金属陶瓷加热材料、PTC材料,PTC是正温度系数材料,它的加热功率随着温度的变化而变化。为了使电加热器加热到更高的温度,人们发明了硅铜加热棒和硅碳加热棒。随着人类生产与生活的需要,为满足不同用途,人们又制造出象涂料一样方便使用的电热薄膜加热材料。

电热膜涂料是以导电涂料为基础,在近几年才开始开发和应用的新型功能性涂料。

1)按它的导电类型可分为电阻涂料、电波吸收涂料、电发热涂料、电波屏蔽涂料等。

2)电发热涂料按其固化成膜的方式又可分为两种:高温固化成膜的,通常称为电热膜;常温固化成膜的,称为电热涂料。

3)从加热温度来分,有高温型和低温型两类,高温型用在加热温度较高的电热器具,如开水器、电火锅等;低温型要求加热温度在100℃以下,常用于冬季汽车挡风玻璃防箱或电冰箱自动除霜等。从其自身特点又可分为瓷釉远红外电热膜、直热式远红外电热膜和半导体透明电热膜等。


二、电热膜的发热原理

所谓薄膜加热材料是在绝缘材料表面经过一定的工艺加工后,在绝缘材料表面形成一层导电薄膜。导电粒子在绝缘层的表面形成网状晶格结构,薄膜中加入的各种助剂可以调节电热膜功率。通电后,这层薄膜就可以实现转换,于是人们又称它为电热膜,其发热原理如图1所示。

 

三、电热膜的特点

电热膜主要由导电物质和成膜物质或膜状材料组成。不同的导电物质和成膜基体可以形成许多种电热膜。其加工方法,有的是将膜直接制备在被加热载体上,在载体上形成的薄膜不能和载体分离,例如将导电物质和成膜物质混合成浆料后,涂覆在需加热物体上,进行干燥成膜、热解喷涂成膜等;有的是将电热膜元件化,例如将导电物质和成膜物质混合后挤压成型;也有的采用物理气相沉积、真空喷涂、离子喷涂、溅射等方法,使导电物与膜状基片组成一体,或将电热膜浆料制成转印纸等。

电热膜日益为人们所重视,并得到越来越广泛的应用,这是因为它又许多传统电热元件所不可比拟的优点。电热膜主要有以下一些特点:

1、面状发热、热效率高,节能省电

在对比实验中,用同样功率同样类型的容器,煮沸等量的水,电热膜电热锅比电炉要节电50%,电热膜搪瓷烧锅比电热管式烧锅要节电10%~20%,电热膜金属烧锅比一般电热管式烧锅要节电20%~40%,电热膜电热器具有明显的节能效果。

2、寿命长,不易损坏

对于有机电热膜而言,其柔软性极好,耐弯折。电热膜的耐折寿命大于 8000次。这个特点又是电热丝所不能比拟的。所以有机电热膜适用于电热丝所不能适用的需要经常弯曲折叠的产品,如电热服、电热围腰、电热垫、电热围肩等产品。

3、外型可选择性强、适用范围广

有机膜可做成膜状、线状、板状,能根据需要截取不同长度和大小,用包复、粘贴、缠绕等方法固定在被加热物表面。

无机膜直接涂复在玻璃、瓷器、涂有绝缘膜的金属或其他绝缘材料,不受基体表面形状的限制,各种复杂形状的器皿或工作表面均可涂复。电热膜的这种特点使电热膜的适用范围比传统电热元件广泛的多。

4、具有自限温特性

许多电热膜品种具有正温度系数电阻,也就是说具有限温特性。这种特点给电热膜带来了许多优点:

(1) 保证了电热膜各处的温度均匀

(2) 延长了电热膜的使用寿命

(3) 降低了电热膜生产的技术工艺要求

5、加工工艺简单、成本低

6、无明火、安全可靠


四、电热膜的主要类型

薄膜加热材料按主要成份可分为金属薄膜加热材料、无机薄膜加热材料和有机薄膜加热材料。

(1)金属薄膜加热材料把金属材料或金属氧化物,如银、铂、锡、钨等,用气相生长、电弧等方法把金属材料涂到绝缘材料表面,形成薄薄的一层导电膜。金属膜加工工艺复杂,成本较高,是第一代薄膜加热材料。

(2)无机膜是将无机导电材料,如石墨、SiC、SiO2和其它硅酸盐材料,在无机导电材料中添加成膜剂、阻燃剂等助剂制成涂料,把这种涂料涂抹在绝缘材料的表面,经高温处理后,去除粘结材料,在绝缘材料表面形成一层导电膜。由于无机材料本身所拥有的特点,因此,它具有寿命长、成本低、耐高温的优点。但是,无机材料是脆性材料,它只能用于制作刚性薄膜。

(3)有机加热薄膜材料是在有机高分子材料中加入导电粒子,或用导电有机材料制成薄膜材料,也可以把有机材料涂在绝缘材料表面制成有机导电薄膜。例如:由聚四氟乙烯掺杂碳黑,制成一种类似塑料薄膜式的加热带,不须依附于任何基材,柔软可折叠,本身导电无绝缘层。使用时可采用聚酰亚胺薄膜作绝缘层,有机膜具有弯曲性能,可折叠,但一般只能在较低温度下使用。

导电薄膜材料不同,特点不同,一般可根据使用要求选择不同的导电薄膜材料。

 

五、电热膜的国内外发展状况

近几年电热膜作为加热元件的产品不断问世。其实,电热膜技术的开发应用已经有好几十年了,只是由于其进入民用领域比较晚,加上我国对电热膜技术的开发应用也比较晚,所以人们对电热膜及其产品才显得比较陌生。

我国电热膜研制始于70年代,上海有机氟研究所等单位均研制过电热膜,但未得到应用和推广。1984年以后,许多单位开始电热膜的研制工作,取得不少成果,并进行了试制和技术转让。1986年后,许多应用电热膜技术的产品陆续问世,在家用电器中有电热咖啡壶、搪瓷烧锅、直热式淋浴器、电热屏、电热板等,在工业方面的应用也逐渐推广,如用于信息终端大屏幕显示、飞机座舱导光板、复印机消电灯、输油管道的保温加热、电热电缆、设备的防冻霜等方面。

许多国家对电热膜加热技术及其应用都非常重视,一些发达国家在此方面的研究工作从未间断过。世界各大公司之间的竞争十分激烈,产品应用也十分广泛。如日本不断的开发电热膜新材料、新工艺,使电热产品逐步系列化,产品质量得到不断的提高,产品的产销量也稳步上升。日本鲁斯托化学公司对电热膜的 200 多种潜在的用途作了鉴定,并进一步开拓电热膜在便桶垫圈、人工假肢、地毯等方面的特殊用途。日本在1986年到1990年5年间被批准的有关电热膜及其相关技术的专利就有240项。随着电热膜及其相关技术的不断发展,电热膜的应用范围将会进一步扩大而且将会在相当大的领域里取代传统的电热元件。


国内石墨烯电加热相关产品



1、深圳烯旺

深圳烯旺是国内最早研发石墨烯发热类产品的企业。 烯旺新材料科技股份有限公司坐落于深圳清华大学研究院,由石墨烯产业奠基人、江南石墨烯研究院名誉理事长、国际石墨烯创新中心专家委员会顾问冯冠平教授创办,是一家专业从事石墨烯应用研发、石墨烯相关应用产品生产及销售的高科技公司。

 


目前,烯旺科技在消费品领域取得了突破性进展,研发并生产出石墨烯智能理疗保健系列产品、石墨烯智能发热服装服饰等系列产品,成为了世界首家石墨烯加热应用生产的规模性企业。在工业应用领域,烯旺科技为国内众多知名企业提供发热薄膜、导热薄膜、防腐涂料、复合材料等石墨烯应用产品,并致力于与地方政府、企业共同研发石墨烯节能环保系列、石墨烯太阳能发热系列、石墨烯电暖系列、石墨烯家用电器系列等产品。                       


2、二维碳素

 

 

由石墨烯制成的加热膜与传统取暖方式相比,不仅加热速度快(1min内达到稳定工作温度,而传统取暖如油汀需要20min才能达到稳定温度);电热辐射转换效率高(经第三方检测,电热辐射转换效率达80%以上),与传统取暖方式相比可节能省电;而且石墨烯加热膜是整个面加热,温度均匀分布;最重要的是,石墨烯加热膜与某些对人体有害辐射的取暖方式相比是安全的,石墨烯加热膜的加热方式主要靠辐射加热,会产生远红外辐射,具有良好的医疗、理疗作用。


3、德阳烯碳

 

 

石墨烯发热膜是以高质量石墨烯和水性无毒树脂为主要原料,加入了特定的助剂、稳定剂、填料,经特定的工艺制作而成,产品安全无毒,避免了VOC的排放问题,仅需要添加少量的石墨烯和炭黑就可以在微弱电压条件下达到良好的稳定发热效果。可广泛应用于室内取暖、可穿戴设备、大棚草坪取暖及飞行器除冰、化工管道除冰等领域。


4、无锡格非

 

层数可定制、工作电压<12V、温度均匀性±15%、最高使用温度80℃。曲率半径40mm弯折1000次电阻变化<20%。


5、新材料与产业技术北京研究院

 

 

石墨烯电热膜是在经过特殊处理的聚酯薄膜上印刷水性石墨烯导电油墨、配以金属载流条热压复合而成。石墨烯电热膜以石墨烯、碳纳米管等碳材料为导电介质,通电后激发自身产生远红外线,将热量辐射至空间,被物体吸收,然后由这些物体散发辐射热,自然均匀的升高室内温度,使人感到犹如阳光般温暖,具有舒适美好的感觉。

序号

项目

检测结果

1

外观

表面平整光洁,无明显缺陷

2

工作温度/

40~55°C范围内可控

3

温度不均匀度/

2

4

升温时间/min

2

5

功率密度/W·m-2

150~250

6

红外波长范围/μm

5~20


其它相关企业还有绿能嘉业、爱家科技、杭州熊爸爸、济南圣泉等。


电热膜+石墨烯,旧瓶装新酒?


电热膜翻译成日语叫“面状发热体”,写成日语也是这几个字,在日本,面状发热体被应用于地板供暖已经有几十年的历史。上世纪90年代,日本通产省针对面状发热体地板供暖的电器产品安全法、电气设备技术基准细则颁布实施。日本设备设计事务所协会和日本地板供暖施工协会根据上述法规制定了“地板供暖设计和施工准则”,对发热体的绝缘等级、接线要求、过热保护甚至单位面积过热保护器个数,以及设计施工和验收标准等均有明确的规定和要求。


最近十几年,日本各个厂商将面状发热体做成“面状榻榻米”,现场安装的工艺逐渐成为主流。在我们的近邻韩国,紧随日本其电热膜地板供暖的需求量也在迅速增长。需要指出的是, 在日本没有印刷油墨型电热膜生产厂家, 在地采暖应用中也没有案例报道。


日本石油株式会社是主要的碳纤维电热膜生产厂家,有应用于地板采暖的例子, 但是在电热膜地采暖领域大部分还是以高分子发热材料的电热膜为主。在我国, 将电热膜用于供暖是上世纪9 0 年代后期的事, 主要是印刷油墨型电热膜用于顶棚供暖。正如大家所共知的, 顶棚供暖的不少工程在应用过程中出现了室内温度达不到设计要求、运行成本过高等问题, 用户大呼上当受骗, 因此产生不少法律纠纷。


同时也导致很多开发商、建筑供暖设计师们对电热膜产品丧失信心, 以至于近乎达到“ 谈膜色变” 的程度。我们称其为电热膜用于供暖的“ 冰冻期” 。客观地说, 电热膜大面积用于顶棚供暖是我们国家的创举, 是失败的发明。



电热膜用于地板供暖工程需要解决的问题:

1、 产品适用性问题

并非所有类型电热膜都适用于地板采暖, 这是厂家自身必须认真对待的问题, 不结合自身产品特征而跟市场之风, 是不科学和非常危险的事。尤其是号称国外进口的电热膜技术或产品, 在其技术输出国也难以找到地采暖应用的例子, 又没有经过科学的论证和实验检验, 盲目进入地采暖市场, 一旦出现问题, 其结果和危害要远远大于“ 欧典地板” 的影响, 因为电热膜属于电器产品, 并且我国220 伏电压要远大于以110 伏为主的欧美和日本。


2、局部过热问题

电热膜地采暖与发热电缆不同的是, 发热体铺设面积大。优点是发热体表面温度低、地板表面温度均匀;缺点是易于造成局部过热, 如: 落地沙发、落地床下, 热量难以散发出去, 电热膜表面温度上升, 轻则膜下苯板保温层融化释放出甲醛等有害气体, 重则电热膜体损坏甚至引起火灾。


日本标准规定安装有电热膜地采暖的房间, 电热膜每4000cm2 必须安装有一个过热保护器, 每一台温控器下至少要安装一个110 度的温度保险丝。据笔者所知, 其他厂家的电热膜在国内施工中, 都没有考虑这个问题, 隐患很大。



3、 泄漏电流问题

如同静电产生机理一样, 泄漏电流是电热膜产品本身先天性的, 所有面状用电产品, 由于电容效应, 均会产生泄漏电荷, 泄漏电流大小与发热体面积的平方成正比、与电压大小成正比, 成累加效应。如同日常生活中的静电对人体并无多大损害一样, 当电热膜单位面积泄漏电流小于一定值时, 不影响人体健康。目前电热膜的泄漏电流是参照电子产品的要求进行检测。我国对用电设备要求必须在设备负荷线的首端处设置漏电保护装置,此装置的动作电流为3 0 m A·s , 该数值是根据人体感知电流5 0 m A 得来的。这个规定对电热膜地采暖过于苛刻,但是在现阶段只能按此标准执行。解决的办法一是厂家自身技术的对应,二是通过施工工艺解决。但是, 据笔者了解大部分厂家和地暖公司是越过漏电保护器, 直接接通电源主线, 其隐患不言而喻。


4 、电磁辐射问题

电磁辐射是一种物理现象, 电磁辐射源有两大类: 一是自然界电磁辐射源, 二是人工型电磁辐射源, 来自人工制造的若干装置与设备, 电热膜的电磁辐射现象也是不容忽视的问题。我们国家目前还没有相应的标准。但是, 日本和欧洲各国将会在未来几年内相继实施,


电热膜地板供暖工程涉及到工程的设计、施工、调试、售后等一系列工作, 由于行业竞争激烈, 部分开发商只追求眼前利益, 随意压价, 很多企业也存在恶意竞价、低价施工的问题。这种恶意竞争的结果就造成工程不能保证质量, 企业不能保证合理的利润, 用户不能保证得到优质的服务, 那么必然对整个行业的发展产生恶劣的影响。我们真诚的希望同行们携起手来, 把握大好时机, 共同努力促进电热膜行业的发展, 让电热膜地板供暖这个新兴的行业走得更远。


结论:

石墨烯加热膜采用二维原子晶体-石墨烯来发热。石墨烯是一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子,厚度仅有0.34nm。石墨烯具有许多优异的特性,比如高的机械强度(杨氏模量高达1TPa)、良好的导电(电阻率仅10-6Ω.cm)、导热性(导热系数高达5300W/m.K)、高的饱和电流密度(可承受1-2亿A/cm2的电流度)及大的比表面积(理论高达2630m2/g)。由石墨烯制成的加热膜具有加热快、散热快,稳定性好等优点。


电热膜行业已经不是一个新的行业,从90年代至今也已经有30多年发展历程,但是至今并未大面积普及,这说明其中存在很多行业并未解决的问题。石墨烯是一种非常好的电热膜发热材料,但是,石墨烯电热膜也不能解决该技术固有的一些缺陷和问题。


现在一些厂家似乎是想利用石墨烯这种新材料、高科技让电热膜这种比较有争议的技术卷土重来,但是原有的问题没解决,有石墨烯新材料之王加持最终也无济于事。