第四讲 电热膜电地暖—基础篇

专题主持人：王安生 博士  13801290271  winner719@china.com

本讲要旨：电热膜电地暖系统有其突出的特点也有最佳的适用条件。安全保障措施是电热膜电地暖系统最重要的组成部分，而系统结构、电热膜类型和厂家、设计施工工艺、施工质量则是直接影响系统安全的决定性因素。

电热膜电地暖系统的特点可以概括成以下几各方面，环保：电能是最清洁能源，没有环境污染，对于民用住宅，不会出现其他独立供暖形式中使用化石燃料造成的局部环境污染；节能：包括地板供暖系统本身的节能和电地暖系统特有的智能化温度控制的行为节能；舒适：热从脚下升，促进血液循环，符合人体生理需求。具有远红外热辐射的理疗保健功能，无对流传热使空气扰动带来的污染和不适。在所有供暖形式中发热体面积最大，温差小、温度均匀性好，体感温度高；其他特点：地暖中的超薄型特征、使用寿命长、无维修维护费用、无收费难、具有电力削峰填谷作用等。

但是，电热膜电地暖与其他任何一种供暖形式一样，也有它的不足之处和最佳适用条件，如：使用的是高品位能源，在冬季电力紧张的地区显然是不适宜的，而在集中供热管网覆盖到的地区大面积推广也是另一种形式的资源能源的浪费。

一、   电热膜电地暖系统的适用条件

电热膜电地暖是以电能为能源，所以能够提供设计功率负荷且稳定的电能是必要条件。与其他供暖形式的初投资对比，综合各种供暖系统的占地、维护维修费用、寿命期间的设备更换次数等因素，电热膜电地暖的初投资是比较低的。就运行成本而言，任何一种供暖方式在用于非节能建筑时能耗都会很高，但是我国北方现行的大型集中供热，开发商和用户不太关心或不清楚实际能耗，关注的只是房间温度和收费标准，而现行的收费标准并不能真正反映供暖公司的实际运营成本，如山东省东营市的收费标准是18元/㎡, 而实际供热成本高出一倍还多，北京市08年在原有财政补贴的基础上给热力公司追加了90亿元补贴，才保证了供暖收费不涨价。选择独立供暖时，人们习惯于以集中供热收费标准作参照，高于此标准则认为供热系统能耗高，会引发出一系列问题。所以不少电热膜厂家强调必须保证达到节能建筑才可以使用电热膜电地暖，其实是无奈之举。

总之，电力充足、较低的电价或有波谷电价、节能建筑、有间歇供暖需求等是选择电热膜电地暖的最适宜条件。

二、   电热膜电地暖系统结构

电热膜电地暖系统通常包括“入户电源、系统控制、地面散热末端”三个主要的组成部分。

入户电源为电热膜电地暖系统提供能源，分为三相380V和单相220V，通常以220V交流电源直接与电热膜相连接，也有使用直流电源、36V以下安全电压，但在用做建筑主供暖时因功率和电流较大，低电压电热膜的供暖应用仅限于辅助供暖。

系统控制是实现用户按需供暖的重要手段，也是系统电气安全的重要保证。控制的具体内容和控制方式因系统设计而不同，既可以包含在高档楼宇的自动化控制系统内，也可以在普通住宅中通过简单的温控器、漏电保护装置等实现。近年来电地暖控制系统的智能化水平进步很快，使用户能够方便的实现“舒适运行、节能运行、防冻运行”，达到行为节能的目的。

地面散热末端自下而上分别为保温层（又叫隔热层、绝热层）、电热膜、水泥结合层（又叫填充层）、表面装饰层。表面装饰层有木地板（实木和复合）、瓷砖、石材、地毯等，其中表面装饰层为木地板或地毯时可以省去填充层而直接将其铺设在电热膜上面。

三、   电热膜电地暖系统必备的安全措施

建筑工业行业标准《低温辐射电热膜》报批稿对于电热膜的相关技术参数做了明确的规定，包括电热膜功率密度偏差、工作时的表面温度差异、电气强度、绝缘电阻、泄漏电流、电-热辐射转换效率、工作寿命等。该标准的颁布实施可以促使不同类型电热膜生产企业严格质量管理，在一定程度上防止伪劣产品流入市场，并对电热膜用于建筑供暖的安全奠定了基础。

但是，要保证电热膜供暖尤其电地暖系统的安全仅靠电热膜产品标准是远远不够的，没有规范的电热膜电地暖设计施工工艺规范和严格的施工验收标准，很难保证系统的安全运行和数十年的使用寿命，这也是早期的无机非金属型印刷油墨电热膜只做顶暖不做地暖的直接原因。

电热膜电地暖系统最重要的安全问题是局部过热和电气安全两大问题。

1、   局部过热

局部过热是指电地暖系统在使用过程中由于装饰层表面上覆传热性能差的物品，如棉被、大型落地家具等，使其下部热量逐步聚集、温度升高并产生一定危害的现象。局部过热的危害轻则烧坏发热体下部保温层、产生甲醛等有害物质，地面出现镂空，发热体漏电、断路、短路等，重则可能会引起火灾甚至危及生命。尽管通常电地暖系统使用说明书中都会有诸如“在使用过程中禁止大面积覆盖”等说明，但是用户在使用过程中很难完全避免因覆盖而发生的局部过热现象。

电热膜电地暖系统的局部过热与不同类型电热膜产品性能、地面散热末端结构、电热膜功率密度三个主要因素有关。①、产品性能：不同类型电热膜具有不同的“温度-电阻”曲线和电-辐射热比例，正的温度-电阻曲线和辐射热占比大，热穿透能力越强的电热膜类型，造成局部过热的可能性越小。②、地面散热末端结构：电热膜上覆材料不同，传热效果即蓄热量不同，各层间的温度梯度也不同，上覆层综合导热系数越大越不容易产生局部过热。木地板下直接铺设电热膜的铺装结构比瓷砖+水泥砂浆结构容易造成局部过热，危害也更大。③、功率密度：功率密度越大，单位时间产生的热量越多，造成局部过热的可能性就越大。因此，局部过热是上述三个基本条件的关联函数，是相互影响和制约的。为了防止用户在使用过程中可能出现的局部过热现象，在进行电热膜电地暖系统设计时，必须依照边界条件设置过热保护系统并保证不会出现死角。

　　局部过热保护系统的作用是即使用户在地板上放置了不易传热的物品也不会发生局部过热现象。因为如果放置的物品面积较小时，基于上述过热保护系统设置的条件，不会发生局部过热现象；当物品面积较大时，过热点周围达到设置的最高允许温度，过热保护系统启动，发热体断路停止工作。撤除覆盖物、发热体表面降低到安全温度后发热体重新自动启动。另外，以新宇阳高分子电热膜电地暖系统铺设工艺为例，每个房间的每条电热膜均为并联连接，电源线直接在接线盒汇总（绝不允许现场接线、做绝缘），一旦发生局部过热，不工作的往往只是过热点上的电热膜，其他发热体照常工作，基本上不会影响室内温度。目前大部分厂家的电热膜电地暖工程都没有安装过热保护系统，有的厂家只是在每条电热膜的一端安装一个金属保险丝，也很难真正起到过热保护的作用。

2、         电气安全

电热膜电地暖系统的电气安全问题取决于发热体产品质量、施工工艺、安全保护措施，这里主要强调安全接地和漏电保护。

所有类型的电热膜因为都是面状电加热体，当上部铺装水泥砂浆层时，形成电容结构并因此产生感应电压和相应的泄漏电流，电热膜上部直接铺设木地板则不存在泄漏电流的问题。泄漏电流与电热膜类型和产品结构、电热膜上覆材料的导电性能、发热体面积、使用电压、交流电频率等因素有关，是可以理论计算其大小的。

泄漏电流与漏电电流不同。泄漏电流是先天性的，并且是没有危害的，而漏电则是系统故障，是有危害的，如现场接线造成的接线端子密封不严造成的漏电，使用过程中系统遭破坏造成的漏电等。安全接地和漏电保护装置是保证系统不会因电气部分的故障发生安全危害的重要措施，其工作原理是：因故障出现漏电时，漏电电流通过系统结合层中的金属网和等电位连接流入大地，同时漏电保护装置动作，电源被切断并在控制系统中给出信号，如此既能保障人身安全又给系统以提示便于故障处理。如果没有上述安全保护，即使人体遭受漏电电流侵袭，电源也不会感知、断电。

现实是，包括几乎所有进口品牌的大部分电热膜厂家均没有完整的电热膜电地暖设计施工工艺规范，有的甚至于连电热膜泄漏电流概念、产生机理和计算方法都不清楚，而是铤而走险、不加任何安全保护措施的做电地暖。更有甚者，黑龙江省地方标准《低温辐射电热地膜采暖技术规程》（DB23/1203-2007,2008-02-01实施）竟然也没有“过热保护、安全接地和漏电保护”的相关规定，大面积的电热膜电地暖工程就是在此规程指导下施工的，显然存在着重大的安全隐患。由此也说明尽快制订国家或行业“电热膜电地暖应用技术规程”标准的迫切性。

四、   如何选择适合电地暖用的电热膜                                                                                                                                                                                                                                                                                          

1、   国产品牌与进口品牌的对比

笔者曾撰文认为，无论从电热膜类型的齐全程度还是电热膜供暖应用面积等进行对比，都可以毫无悬念的得出如下结论：我国已是电热膜技术强国和应用大国。尤其将电热膜用于电地暖，日本虽是最早将高分子电热膜和碳纤维电热膜应用于电地暖的国家，并最早出台了相应标准，但是技术进步的速度、电地暖应用的总面积已不如我国。欧洲和美国的电热膜电地暖应用远落后于日本，号称引进美国太空技术的印刷油墨电热膜（其实是偷梁换柱把碳纤维的概念用在此处），在美国也几乎没有大面积应用于地暖的案例。最近几年韩国电热膜大量进入我国电地暖市场，以印刷油墨和碳纤维电热膜为主，但是也几乎都没有任何指导电地暖的施工工艺和安全保障措施，任由代理商自行设计施工，且韩国的电热膜公司多为小型企业，一旦出问题则逃之夭夭。

与这些国外公司相比，国内正规的电热膜企业在产品技术和电地暖施工工艺上具有明显的优势，全部由国内电热膜企业参与编制的《低温辐射电热膜》产品标准也明显高于国外同类标准，所以国产电热膜品牌应是电热膜电热暖的首选。

2、   适宜做电地暖的电热膜类型和生产厂家的选择

《低温辐射电热膜》标准征求意见稿在“范围”中规定，“本标准适用于民用和公共建筑供热用低温辐射电热膜”，在“分类和型号”中要求标注电热膜适宜的安装位置，即顶棚、墙壁、地面，说明该标准虽然是产品标准，但主要是针对供暖应用，并有不同安装位置之分。尽管最终形成的报批稿中删除了标注安装位置要求，但是生产厂家有责任说明自己产品适宜的安装位置。由此说明，并非所有类型的电热膜或同一类型电热膜的所有厂家的产品都适宜做电地暖。如欧洲芬兰的恩斯托公司北京代表处的负责人讲，公司明令禁止将其印刷油墨电热膜用做电地暖；美国的某电热膜公司也不鼓励其经销商做电地暖，至少没有做电地暖的任何技术支持，不少韩国电热膜低价进入中国市场，吸引了不少经销商，但是在电地暖安装和使用过程中已出现不少问题，说明这些厂家对中国电气安全的苛刻要求（如：30mA漏保的规定）还没有完全过产品和工艺关。

事实上经销商和消费者仅靠电热膜厂家的宣传资料和承诺很难判断其电热膜是否适宜于电地暖，其施工工艺是否能够保证系统的安全运行。但是如果认真考察电热膜厂家的科研开发能力、生产工艺过程、电热膜产品类型和执行标准、电地暖设计施工工艺规范尤其是包括局部过热、安全接地和漏电保护在内的安全保护措施，加上国内的应用工程案例的实地考察和检测，要得出客观的结论也并不难。

                           《地暖月刊》(09.07)