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暖心地板:世界上最省电的采暖方式之一

2020/8/18 14:30:41点击:
他是“暖芯之父”,他研发的全球第一块“暖芯地板”以95%以上的电热转换率;温度设置在18-20度时每平米耗电量仅0.058度/时;超过10万小时的使用寿命;热损耗几乎为“零” 等一系列遥遥领先的数据让世界同行刮目相看,对我国采暖节能意义重大,它的诞生有可能预示着一个新的采暖时代的来临。” 

珠穆朗玛峰潜伏的“杀机” 

2007年7月7日,在一个全球气候危机演唱会上,一个叫彼得·希拉里的人说:“全球变暖正迅速改变世界第一高峰珠穆朗玛峰的面目,以致他几乎无法认出。”  
彼得·希拉里是人类首次登顶珠峰的新西兰人埃德蒙·希拉里爵士的儿子,他曾两次登顶珠峰。他说:“顶峰过去在5320米处,今年这个高度已经降到了5280米,这都是因为冰川从上而下在融化。”他的话让我们感到了一丝潜伏的杀机。因为1953年5月29日,他的父亲希拉里爵士首次登上珠峰时,曾搭建过帐篷的冰川在过去20年里已经倒退了3英里。  
科学家们认为,未来50年,如果按目前的融化速度,那些长度在半英里至3英里之间的冰川将会融化为一块块的雪块。更糟的是会给居住在喜马拉雅山下的印度、尼泊尔、中国居民带来影响。一方面是山川地貌改变;另一方面形成大型湖泊,有爆发洪水的威胁。 

联合国的调查也显示,在喜马拉雅地区约9000个冰川湖泊中,已有200多个存在爆发洪水的危险。科学家们估计,现在的洪水比1985年的洪水大20倍。  这个恐怖的描述,不能不让我们联想到历史上的大洪水。 1988年孟加拉国发生特大洪水,淹没了1/3以上的国土,3000万人无家可归,淹死饿死的人不计其数,洪水竟使这个国家成为全世界最贫穷的国家之一。1998年中国的“世纪洪水”到处肆虐,29个省受灾,农田受灾面积3.18亿亩,受灾人口2.23亿人,经济损失达1666亿元。这一年恰恰是世界气象组织报告的“最温暖的年份”。  
彼得·希拉里说:“我曾亲眼看到冰川湖水冲破堤岸,造成灾难性的后果。那场景就像一颗爆炸的原子弹,瞬间摧毁了一切。不幸的是,今天的洪水是过去根本不能相比的。” 据有关国际组织统计,洪水造成死亡的人口占所有自然灾害死亡人口的75%,经济损失占到的40%。更严重的是洪水总是在人口稠密、农业垦殖度高、江河湖泊集中、降雨充沛的地方发生。如中国、孟加拉国、美国、日本、印度、欧洲等。  

这些情况让人们的心彻底悬了起来,在人类的近代史上,除了战争给人造成的恐慌之外,气候变暖造成的洪水灾害,似乎一下子会将人类带到地狱之门。美国《时代周刊》甚至预言:“在社会经济发展的今天,如果我们人类再不加以克制,最后可能会被自己创造的生产和生活方式所消灭。”

全球变暖  谁是“元凶”? 
 这些情况给人类敲响了警钟,一系列针对全球气候变暖的调查密集展开,隐匿在气候变化背后的“罪魁”被逐步发掘出来。  

人们发现,人类近一个世纪以来,大量使用煤炭、石油、天然气,排放出了大量的CO2。由于这些气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性,而对地球反射出来的长波辐射又具有高度的吸收性,因此产生了“温室效应”,导致全球气候开始变暖。而大量使用煤炭、石油、天然气的领域恰恰是近代工业革命以,来给人类带来高度现代化生活的建筑、工业、交通„„等诸多领域。  

显然,工业革命的进步,把原来人类很少接触的煤炭、石油、天然气开发出来用于发展经济和提高人们的生活水平,却不曾想到又给自己的未来埋下了隐形的定时炸弹;当我们已经适应了这种现代化的生活方式时,未来又变得险象环生。 我们不得不重新审视人与自然、经济发展与环境保护的关系。

“拯救人类的最后机会” 

1992年,在巴西里约热内卢,有153个国家和欧共体的代表签署了一份《联合国气候变化框架公约》,这是世界上第一个为遏制温室气体排放、应对全球变暖的国际公约。中国是该公约最早的10个缔约方之一。公约明确规定,发达国家率先大幅减排,发展中国家在得到发达国家的资金、技术支持下积极采取减排行动。 

1997年,各缔约方在日本又通过了《京都议定书》; 2007年12月12日,联合国又确立了“巴厘岛路线图”;  
2009年12月,再次在哥本哈根召开世界气候峰会,有192个国家的首脑参加会议。  
哥本哈根会议,被喻为是“拯救人类最后一次机会”的大会,会议使“低碳经济”理念获得了全球认同,并成为新的经济发展规则。过去高能耗、高污染的发展模式被抛弃,以节能减排为主题的全球第二次工业革命拉开了序幕。矛头首先指向了建筑、工业、交通……等诸多“耗能大户”。 
神秘的“液态碳系电热转换材料” 
2007年1月24日,国际能源研究权威——美国落基山学院的院长艾默里·洛文斯在达沃斯世界经济论坛上向各国领导人提了一个建议,他说:“提高能效是最有效、最便宜、最具发展前景、却也是最容易被忽视的一种方法”。 
这的确是一个绝妙的建议。不过早在2005年,在我国江苏淮安,王柏泉教授就已经开始了这一方向的探索之旅。他研发的项目是“液态碳系电热转换材料”,一种用来提高电能效率的重要材料。 
自一八九三年,人们发现了一种叫“合金电热丝”的电热转换材料后,曾引起了一场工业革命,我们现在常见的电子、电器、医疗、化工等行业的电热设备都有它的身影,可以说它无处不在。但是合金电热丝有一个致命的弱点,就是电热转换率低,仅有57%,原因是它是立体发热体,有强光和感抗效应损失,热损耗较大。事实上它在造福人类的同时,也造成了严重的电能浪费和碳排放。在这种情况下,人们不得不寻找新的高效节能的材料。 

受碳纤维的启发,本世纪初,液态碳系电热材料应运而生,由于其电热转换率大于95%,美国、日本、韩国等许多国家纷纷在此布下了棋子,开始了竞争前的研发。但十几年来,各国的专家反复研究试验,也取得了许多理论成果,但研发都死死停留在了使用寿命只有5000小时这个“短命”的槛上迟迟无法突破,大自然的规律有时似乎确实无法抗拒。 

在漫长的探索过程中,人们在期待科技上的突破。有些企业迫于社会对高效节能产品的需求,不得不匆匆投入生产和应用。如2000年-2005年,在美国、日本、韩国以及我国东北地区时兴一时的有些电热膜采暖产品,采用的就是这种碳浆制成,虽然得到了一定的应用,但是随着时间的检验,最终大都因“命短”衰落了。 

物质的世界就是这么神秘复杂。当人们发现了一种物质的利用价值后,但它又会设置重重迷雾和障碍,让人无法利用它。如何破解这一难题,对研发这一材料的学术界来说不亚于破解“哥德巴赫猜想”。 王柏泉教授告诉记者:“中国作为世界最大的电能消费国,如果在这一领域没有自己的核心技术,那就是自己没尽到责任。因此中国的研发上无论如何都应该走在世界前列。”

全球第一片“暖芯”  中国造      

2007年7月,是一个重要时间节点。这个时期,王柏泉教授的“液态碳系电热材料”取得了突破性的进展。经过反复研究、上万次的试验,终于解决了阻值不均匀、易龟裂脱落、电热性能衰减快等致命的弱点。经国家远红外产品检测中心按36%的抗衰期检测,使用寿命超过10万小时。专家估计,若按50%的抗衰期检测,使用寿命估计超过50年。  
这是全球第一片高效节能的“暖芯”。神奇的是它只有3微米厚,厚度只相当于人头发的1/25,而且像纸一样可任意折叠切割,只传热不导电,是一种优秀的电热转换材料。 

专家认为,“暖芯”的研发成功有可能带来一场涉及电子、电器、医疗、器械等诸多领域的节能改革。就像当年英国剑桥大学的卡文迪什实验室传出那个破译DNA遗传密码的惊人消息一样,一系列令人惊叹的新成果接重而至。 或许“暖芯”将是一把解开诸多领域节能减排难题的“钥匙”。
“暖芯” 剑指---采暖节能  

2007年7月,距联合国在巴厘岛举行世界气候大会还有5个月时间,王柏泉教授的研发也进入了应用阶段。能否在新一轮全球减排谈判进行之前,将“暖芯”应用到节能减排形势最为严峻的领域?他在与时间赛跑。 

他首先把“暖芯”应用到了我国最大的“能耗大户”---建筑采暖上。他告诉记者,他的想法源自于一个经常被忽略的事实。在建筑、交通、工业“三大能耗大户”中,建筑的二氧化碳排放占世界总排量的几乎50%,尤其令人担心的是,这一排放量还在呈现向上的趋势,中国工程院院士江亿用‘黑洞’来形容建筑的能耗。 

当人们将目光一次次聚焦在巨大的建筑“能耗黑洞”上时,集中供暖、空调采暖、地暖、电采暖的能耗“隐私”也逐渐暴露,并在人们心目中开始变得“黯然失色”,寻找高效节能的替代产品就成了一件迫在眉睫的事情。 

王柏泉教授坚信,除了未来利用太阳能、浅层地能、空气能、生物质能等可再生能源部分解决建筑采暖的能耗问题外,“暖芯”是目前世界上最有效的节能方法之一。
一次性解决“历史遗留问题” 

2008年,“暖芯”获得了强有力的改革支持者,这次国家队出手了。国家发改委给予了“暖芯”高新技术产品专项资金的大力支持;江苏省给予了重大科技成果转化项目专项资金立项的支持,“暖芯”走上了开发应用的快车道。 

王柏泉教授将“暖芯层、远红外层”一次性直接植入到地板中,期望开发出一种集地板、采暖、保健三效合一的“暖芯地板”。这是一个颠覆性的结构设计,他彻底抛弃了世界沿用了上百年的通过地下管道供热的方式,让所有材料都化零为整到一块地板中,希望避免输送环节的热损耗。  
他说,地暖是先在房间的水泥地面上铺设20~35mm泡沫板,然后铺设钢丝网;再将管道以蛇形方式绑扎在钢丝网上;还得抹上40~50mm的水泥砂浆;最后再铺设木地板。热源先得加热蛇形盘管;再加热水泥砂浆;再传导到木地板;而木地板又是热的不良导体,发热缓慢而效率低,热量就是这样被消耗的。而且施工复杂材料多,一旦管道堵塞或损坏,维修困难甚至不可能。 

正如一位哲学家说的“当人们习以为常的思维方式消退时,解药也蕴藏在其中。”王柏泉教授审视着各种采暖方式,发现着能耗的“隐私”,也给自己开发“暖芯地板”提供着宝贵的经验。  
2008年3月,“暖芯地板”通过小试、中式、试销,“地板+暖芯层+远红外层”的组合实现了“地板装饰+采暖+保健”的功能组合。这是一个堪称完美的组合,其95%以上的电热转换率(锅炉供暖的热效率只有50%左右、电缆\电热膜地暖的热转换率只有60%左右)、温度设置在18-20度时每平米0.058度/时的耗电量(一般电采暖的耗电量为每平米2度/时,公共建筑内中央空调的耗电量为每平米60-70度/时)、超过35年的使用寿命(美日韩同类技术及产品仅有2年的使用寿命)、热损耗几乎接近“零”(其它采暖方式热损耗为50%左右)、无电磁辐射等一系列遥遥领先的数据让世界同行刮目相看,一举突破了欧、美、韩、日及我国其它研究机构历经十多年未能突破的技术障碍。 

与此同时,植入地板中的远红外层也有了异曲同功的效果。集中在10到12微米的波谱范围,恰好与太阳光中的远红外属于同一波段。置身这样的房间,就像沐浴在阳光里一样。而且它能激活人体内的水分子,提高身体含氧量;促进新陈代谢;延缓衰老、保持精力旺盛;还能激活免疫细胞,加速病灶修复,对风湿性关节炎、肩周炎等疾病都有预防和理疗作用,因此人们把这种远红外线称为“生命的光波”。这是一个多么奇妙的世界。  
2008年7月,“暖芯地板”投入规模化生产及销售,出品的“暖芯地板”取名为“Sunlike尚兰格”, 源自德国萨克森州著名的高科技城“太阳谷”---一个号称“没有冬天的城市”。 

“暖芯地板”采暖的时代来临 
2010年4月28日,国家住建部鉴于尚兰格“暖芯地暖”可能对世界建筑采暖产生巨大影响,召集几十位权威专家组成评审委员会,在北京进行了缜密而严苛的科技成果鉴定。 我国著名暖通专家刘刚教授看到实验数据后感到万分惊讶,他说:“室内温度设置在19度以上,每平方米耗电量仅为0.058度/时,没有比这个再省电的材料了;另外使用寿命超过35年,这在全球都也是个绝无仅有的,这些数据非常棒!” 
鉴定会上,评审委员会成员一致认为:暖芯地板,代表了世界尖端科技,对我国采暖节能意义重大,对促进我国地板、地暖两大行业升级换代影响巨大,它的诞生可能预示着一个新的采暖时代的来临。” 
2010年,一向以掌握世界尖端科技著称的西方发达国家或许无论如何都想不到,中国此时已经掌握了采暖节能的又一“核武器”,已经将西方发达国家的同类技术远远抛在了后面。但在我国的四川、江苏、浙江、贵州、安徽、河南等地的老百姓已经确切的知道,市场上已经有了高效节能的采暖产品。