碳晶加熱技術(shù)在家用電取暖器中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

程正昌等

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷提高，電取暖產(chǎn)品的種類日益增多，這些產(chǎn)品在寒冷的冬日給人們帶來溫暖舒適的享受。然而，電取暖產(chǎn)品由于制熱原理、材料、結(jié)構(gòu)等因素的不同，致使該類產(chǎn)品存在各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。碳晶加熱技術(shù)作為一種新型環(huán)保的采暖方式，具有制熱效果佳、節(jié)能環(huán)保、安全可靠等特點(diǎn)，將其運(yùn)用到家用電取暖產(chǎn)品中是未來發(fā)展的趨勢，可以最大程度的解決人們“耗電快、制熱慢、成本高”的現(xiàn)實(shí)問題，從而提高人們的生活質(zhì)量，使我國真正的走向節(jié)能環(huán)保的時(shí)代。

研究背景

隨著日前人們生活水平的提高，對(duì)冬季采暖產(chǎn)品的需求也不僅僅限于御寒功能，越來越多的消費(fèi)者在選購采暖產(chǎn)品時(shí)開始將舒適、健康納入考慮基礎(chǔ)。近年來市場上日漸興起的碳晶采暖產(chǎn)品正迅速走入我們的視線，成為消費(fèi)者冬日取暖的新選擇。碳晶是一種改性提純的碳素顆粒發(fā)熱產(chǎn)品，以短碳纖維改性后進(jìn)行球磨處理，制成微晶顆粒后，再加入遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑，以特殊工藝合成制作而成的加熱元件。碳晶采暖產(chǎn)品具有舒適、安全、節(jié)能、可控等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見，在未來高耗能、高污染的傳統(tǒng)采暖產(chǎn)品將會(huì)被其逐步替代。將碳晶加熱技術(shù)運(yùn)用到家用電取暖器的設(shè)計(jì)中是未來發(fā)展的趨勢。

電取暖產(chǎn)品的用戶研究及消費(fèi)需求分析

1.用戶特征分析

該課題研究將碳晶加熱技術(shù)應(yīng)用到家庭電取暖產(chǎn)品中，其用戶人群主要是家庭人員，產(chǎn)品的使用環(huán)境為家庭環(huán)境。

冬季人體的免疫力相對(duì)較低，不當(dāng)?shù)牟膳绞綐O有可能引發(fā)呼吸道疾病以及各種流行病等。所以，提高人們的采暖質(zhì)量，營造良好舒適的室內(nèi)取暖環(huán)境成為家庭取暖的主要心理需求。電取暖器作為冬季取暖的重要設(shè)備之一，成為國內(nèi)乃至全球家電市場的熱點(diǎn)。對(duì)于家庭取暖而言，取暖器不僅僅可以滿足基本的取暖功能，同時(shí)成為聯(lián)絡(luò)情感的特殊工具。寒冷冬日，家庭成員圍坐取暖器取暖、交流，并且可以從事學(xué)習(xí)、觀看電視、上網(wǎng)等娛樂休閑活動(dòng)。電取暖器品使用方便，操作靈活，可以根據(jù)個(gè)人需求隨意移動(dòng)，滿足人們?cè)诩彝タ臻g內(nèi)小范圍內(nèi)取暖的需求。以家庭為單位的取暖方式，取暖器無疑是最為經(jīng)濟(jì)、常用的工具之一。但是人們?cè)谫徺I該類產(chǎn)品時(shí)，仍然存在諸多的顧慮。特別是對(duì)于家庭中的老人和小孩而言，安全、健康、耗能等問題仍是購買電取暖器的重要考慮因素。

2.用戶消費(fèi)需求分析

人們?cè)谫徺I商品的過程中，為了滿足一定的消費(fèi)欲望而產(chǎn)生購買動(dòng)機(jī)，這種心理活動(dòng)以一種特殊的形式和規(guī)律表現(xiàn)出來的。根據(jù)著名心理學(xué)家馬斯洛的需求理論可知，人的需求是有層次的。它包括：生理需求、安全需求、愛和歸屬感、尊重和自我實(shí)現(xiàn)五類。生理需求是最基本的需求，位于最低層次；自我實(shí)現(xiàn)則是作為最高層次的需求。以上需求表明，消費(fèi)者的在購買的過程中心理變化是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，外觀、功能、節(jié)能、安全、經(jīng)濟(jì)、耐用是影響消費(fèi)者購買電取暖產(chǎn)品的主要因素?？傮w而言，電取暖器的選購傾向于產(chǎn)品功能以外的多方面需求。消費(fèi)者的心理需求主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，美的需求。美的需求在即指外觀需求。人們渴望在美的環(huán)境中生活與工作，優(yōu)美的產(chǎn)品外觀即可獲得精神上愉悅和心情的舒暢。這種賦予在電取暖產(chǎn)品中的美，既包括色彩、造型、材料等方面的的處理，同時(shí)又包括電取暖產(chǎn)品本身與室內(nèi)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)。例如，市面上的碳晶墻暖畫，除了具有散熱提升溫度的作用，在裝飾美化空間方面發(fā)揮著重要的功能。

第二，功能需求。電取暖器在結(jié)構(gòu)、造型 、材料等方面，多以功能為載體，而不是一般意義上的裝飾和美化。由于消費(fèi)者喜好的差異、文化差異、認(rèn)識(shí)差異，對(duì)于同一產(chǎn)品所需的附加功能的要求也不同。而今，除了常用取暖功能外，多功能電取暖器的市場需求不斷增大，烘干、加濕、凈化空氣、取暖面積加大等功能常常作為產(chǎn)品的有力競爭因素。一款價(jià)格適中、外觀別致、功能多變的電取暖器往往得到大多數(shù)消費(fèi)者的喜愛。

第三，安全需求。

碳晶技術(shù)的概述

1. 碳晶概念闡釋

碳晶，全稱碳素微晶。它是一種改性提純碳素顆粒發(fā)熱材料，以短碳纖維改性后進(jìn)行球磨處理，制成微晶顆粒后，再加入遠(yuǎn)紅外發(fā)射劑，以特殊工藝制制作成的加熱元件。具有紅外熱輻射的特性。

2.碳晶產(chǎn)品的制熱原理

碳晶的制熱原理是在電的引發(fā)激勵(lì)下，通過碳分子團(tuán)的熱組件中產(chǎn)生“布朗運(yùn)動(dòng)”，由碳分子間的相互撞擊和摩擦，產(chǎn)生的熱能以遠(yuǎn)紅外輻射的形式向外傳遞，其電能和熱能的轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%以上。碳晶產(chǎn)品則是利用碳晶片高效發(fā)熱的特點(diǎn)，在通電在30秒左右內(nèi)，發(fā)熱體表面的溫度迅速升高，并將熱能傳遞給碳晶電熱采標(biāo)表面的覆蓋物以及碳晶電熱材料背面的絕緣散熱材料。以恒定的溫度進(jìn)行熱輻射，向周圍空間散發(fā)熱量。其發(fā)熱的形式是面狀發(fā)熱，發(fā)熱面上的每一部分既為發(fā)熱面又是散熱面。

3. 碳晶與其它制熱原理的比較

如今電取暖器的品種較多，從制熱原理上可以分為：電熱絲發(fā)熱體、石英管發(fā)熱體、陶瓷發(fā)熱體、鹵素管發(fā)熱體、導(dǎo)熱油發(fā)熱體和碳纖維發(fā)熱體。以阻絲作為發(fā)熱元件的電取暖器，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是安全性卻較差，觸電并容易引發(fā)著火事故。遠(yuǎn)紅外石英管電暖器，雖然具有較好的取暖效果，但其紅光刺眼，使用壽命較短。電熱油汀取暖器有無明火、無輻射、無噪聲的特點(diǎn)，但它產(chǎn)生的電耗較大，預(yù)熱時(shí)間長。下面對(duì)各種制熱原理作簡單的分析。

通過對(duì)電取暖器的制熱原理比較和分析得知，碳晶制熱原理與傳統(tǒng)電熱材料的工作原理相比，其制熱主要依靠晶格震動(dòng)的格波傳熱，克服了金屬絲、PTC、碳化硅等電熱體強(qiáng)度低、耐高溫易氧化、使用壽命短的缺陷。比目前廣泛采用的金屬絲、PTC陶瓷、石英管、鹵素管等電熱材料的熱效率高達(dá)30%-40%，更加節(jié)能環(huán)保。而今，隨著技術(shù)和設(shè)計(jì)水平的不斷提高，碳晶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加多樣化、現(xiàn)代化和藝術(shù)化。技術(shù)的不斷升級(jí)，逐漸改善了人們的采暖質(zhì)量并且得到越來越多的人接受。

4.碳晶取暖產(chǎn)品與其它取暖產(chǎn)品的比較

（1）節(jié)能性

碳晶取暖產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性在于它比現(xiàn)在廣泛采用的石英管、鹵素管等電熱材料效率高30%-40%，具有發(fā)熱迅速，節(jié)能省電，運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)方式節(jié)約。以碳晶地暖為例，日常運(yùn)行的費(fèi)用僅是空調(diào)制熱費(fèi)用的三分之一，是水暖和發(fā)熱電纜的一半。采用水暖，鍋爐本身的熱損耗較大，維護(hù)更換配件的費(fèi)用之高。發(fā)熱電纜所固有的線損率很難低于20%，加上系統(tǒng)的損耗和防止開裂加厚的混凝土層吸收的熱量，其使用中實(shí)際電熱轉(zhuǎn)化率低于70%。100平方米每月花費(fèi)1500元以上。而碳晶遠(yuǎn)紅外材料，其電熱轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%，是目前電熱轉(zhuǎn)換率最高的材料。

（2）環(huán)保性

由于冬季室內(nèi)空間處于相對(duì)封閉的狀態(tài)，人體的免疫力降低。在選擇取暖產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該格外注重產(chǎn)品的環(huán)保性以及和安全性。碳晶加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方式相比，在使用時(shí)無任何釋放物質(zhì)，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生任何污染或者有害氣體，屬于一種清潔能源，具有很強(qiáng)的環(huán)保性。碳晶取暖產(chǎn)品在供暖時(shí)，一般在較短的時(shí)間內(nèi)（約30秒內(nèi)）即可達(dá)到既定的溫度。在室內(nèi)使用碳晶取暖器時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生任何的灰塵，無任何有害氣體、噪聲以及有害輻射。而油汀式取暖器在使用時(shí)，則升溫緩慢，長期使用可能出現(xiàn)焊點(diǎn)漏油的問題。無論是在辦公間或者家庭空間皆可以放心使用。

（3）保健性

碳晶在工作過程中會(huì)發(fā)出遠(yuǎn)紅外輻射，使用者在受到遠(yuǎn)紅外線的低溫輻射后，能被吸收轉(zhuǎn)化為熱能，享受溫暖之余，它還能抑制細(xì)菌的生長，凈化空氣。其熱量接觸皮膚后，暖而不燥，非常舒適。更重要的是，碳晶取暖產(chǎn)品還具有理療的功能。以遠(yuǎn)紅外碳晶理療板為例，除了帶給腳步溫暖外，還具有一定的理療的作用，對(duì)腳步的一些疾病具有理療的作用，從而促進(jìn)血液循環(huán)和新陳代謝，提高人體的免疫力等。近年來，節(jié)能環(huán)保成為電取暖產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵詞，健康和舒適同樣成為了人們購買該類產(chǎn)品的參考因素。碳晶取暖產(chǎn)品的優(yōu)勢，除了以上所提到節(jié)能性、環(huán)保性、保健性，安全性同時(shí)是此類產(chǎn)品的重要特征之一。絕緣等級(jí)高，連續(xù)使用壽命長，還具有防水、防潮的特點(diǎn)，使用非常安全。此外，產(chǎn)品的選擇性較大，可加工成板狀、帶狀以及其它復(fù)雜的外形，易加工生產(chǎn)。

家用碳晶取暖器的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)定位

本次設(shè)計(jì)主要圍繞碳晶加熱技術(shù)展開，設(shè)計(jì)一款外觀精致、制熱效果佳、節(jié)能安全、可折疊多功能的碳晶取暖器。如今電取暖產(chǎn)品的外觀注重以簡約、精致、超薄來表達(dá)現(xiàn)代和科技的概念，在產(chǎn)品的風(fēng)格定位上，現(xiàn)在年輕人的審美比較偏向于簡約而精致，顯得優(yōu)雅而溫馨，因而家用碳晶電取暖器的風(fēng)格定位于北歐簡約風(fēng)，另外，該產(chǎn)品針對(duì)家庭用途而設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)方向體積小巧、風(fēng)格簡約，多功能，方便操作的產(chǎn)品。色彩的選擇搭配上選用藍(lán)色、紫色、紅色，給人強(qiáng)烈的視覺感，再與富有科技感的銀色不銹鋼搭配，盡顯現(xiàn)代氣息又不失感染力。置于室內(nèi)空間中，通過折疊可以很好地進(jìn)行收納，節(jié)約空間；也可以根據(jù)不同的需求，進(jìn)行變換，如變成茶幾，立式取暖器或床上用電腦桌。在產(chǎn)品材質(zhì)定位上，以工程塑料為主，輔以不銹鋼材質(zhì)，塑料部件容易更換色彩，繽紛色彩使其具有時(shí)尚感，適合年輕人的喜好，同時(shí)也易于批量化生產(chǎn)，制造成本相對(duì)較低。

2.概念草圖繪制及最終方案確立

根據(jù)前期的調(diào)研分析和設(shè)計(jì)定位繪制草圖，不斷推敲通過怎樣合理的方式將多種功能疊加到家用碳晶取暖器上面，讓其能達(dá)到一物多用的功效；在造型繪制的過程中，盡可能用最簡單的造型手法去設(shè)計(jì)，讓它變得簡約時(shí)尚，吸引年輕人的眼光；推敲用哪些相關(guān)的折疊結(jié)構(gòu)，可以讓它便于收納和運(yùn)輸。

經(jīng)過層層的揣摩和推敲發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)寒的冬天，如果有一款取暖產(chǎn)品能夠讓我們?cè)谂牟鑾咨掀凡?；可以暖暖地地在床上玩游戲；可以最大面積地進(jìn)行供暖，那該多好哈。于是想到了將茶幾、床用電腦桌和立式取暖器這些功能融合到一起，這樣很好地達(dá)到一物多用，讓我們可以在寒冷的冬季隨心所欲地做自己想做的事，享受暖暖的生活，最后繪制出了最終確定的方案。

3.未來展望

相比于傳統(tǒng)的采暖方式，碳晶取暖產(chǎn)品在某種程度上提高了人們的生活質(zhì)量并且有利于身體的健康，為家電市場注入新的活力。在肯定其進(jìn)步性的同時(shí)，碳晶技術(shù)的未來發(fā)展仍然面對(duì)著不少的挑戰(zhàn)。從碳晶概念的提出到碳晶加熱技術(shù)的應(yīng)用，其發(fā)展過程仍然存在各種制約因素。首先，對(duì)于該類產(chǎn)品社會(huì)的認(rèn)知度并不高，人們?cè)谫徺I時(shí)往往受到固有的思維的限制，選擇空調(diào)、電熱油汀取暖器等取暖產(chǎn)品。其次，技術(shù)、人力投入不足?；谝陨系男蝿莘治觯季∨a(chǎn)業(yè)存在諸多不確定的因素，突破阻礙其發(fā)展的瓶頸是未來努力的方向。面對(duì)人口、資源、環(huán)境日益緊張的今天，高效、安全、健康的碳晶采暖產(chǎn)品無疑迎來了一個(gè)契機(jī)。因此，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代，改善經(jīng)營狀況、提升設(shè)計(jì)理念、增加技術(shù)等都應(yīng)該成為該行業(yè)努力的重點(diǎn)。讓人們的取暖方式，真正的進(jìn)入一個(gè)安全、環(huán)保、健康的時(shí)代。作為一個(gè)設(shè)計(jì)者而言，應(yīng)該把人性化的觀念系統(tǒng)地貫穿到設(shè)計(jì)實(shí)踐中，在以人為中心的前提下，需要正確認(rèn)識(shí)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益、現(xiàn)實(shí)利益與長遠(yuǎn)利益的關(guān)系，把人性化的設(shè)計(jì)觀念發(fā)揮到極致。

（作者單位：浙江理工大學(xué)）