電加熱地板在軌道列車應用前景淺析

曹安斌 郭立春

摘要：通過對動車組傳統(tǒng)電阻加熱器供暖與新型電加熱地板比較：分析目前電加熱地板供暖方式及優(yōu)點；探討電加熱地板材料導熱性、膨脹系數(shù)對地板壽命的影響；分析電加熱地板在軌道列車的應用前景。

關(guān)鍵詞：動車組；電加熱地板；高效、節(jié)能、環(huán)保；熱輻射；溫度均勻性；電加熱地板應用

隨著動車組的高速發(fā)展及高鐵速度的提高，乘客對車輛舒適度要求日益提高。如果在低溫條件或極寒環(huán)境下運行，高速動車組等軌道列車上必須設置供暖系統(tǒng)，現(xiàn)有的軌道列車一般是通過傳統(tǒng)電阻加熱形式進行供暖。傳統(tǒng)電阻加熱供暖存在一些缺陷：電阻加熱設計結(jié)構(gòu)上占用空間大、散熱不均勻，工作過程中會產(chǎn)生較大的噪音，影響乘坐的舒適性；另外電阻加熱效率低，不利于節(jié)能環(huán)保。鑒于此，經(jīng)過科研人員不懈的實踐和技術(shù)攻關(guān)，研制出新型電加熱地板。下面詳細介紹電加熱地板：

電加熱地板是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、低碳的地板，加熱地板結(jié)構(gòu)簡單，不占用客室空間，散熱均勻，無噪音，能夠切實提高乘客的舒適性。設備成本和維護成本均較低。

一、電加熱地板概述

電加熱地板是以地板為載體的地面取暖材料；簡單理解為一種功能性地板，地板外觀與普通地板沒有區(qū)別，只是在地板結(jié)構(gòu)集成加熱功能。

它的明顯特征：地板通電后，整個地板作為散熱面，能源源不斷的產(chǎn)生熱量，向客室空間輻射熱量。

二、電加熱地板的加熱方式

對于軌道列車市場，目前加熱地板的采暖形式主要以電為媒介的發(fā)熱方式，電加熱地板主要有以下三種形式：

1）電纜加熱地板，以發(fā)熱電纜敷設供暖，發(fā)熱電纜為發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，以加熱地板為發(fā)熱載體，借助地板熱輻射，以輻射對流的傳熱方式向車內(nèi)供暖的加熱方式；

2）加熱膜加熱地板，以低溫輻射電加熱膜為發(fā)熱介質(zhì)的采暖方式，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，通過電加熱膜產(chǎn)生的熱能，借助地板熱輻射，以低溫輻射對流向車內(nèi)供暖的加熱方式；

3）碳纖維電加熱地板，以碳纖維紙作為電熱轉(zhuǎn)換媒介，將其嵌入地板，使地板與碳纖維發(fā)熱成一體，電源接通后，在微電流作用下，碳晶分子做“布朗運動”，產(chǎn)生不規(guī)則碰撞摩擦，將電能轉(zhuǎn)成熱能，借助地板熱輻射，向車內(nèi)供暖的加熱方式。

三、對比傳統(tǒng)電阻加熱，電加熱地板具有以下優(yōu)點

1）電加熱地板散熱均勻，升溫快，高效節(jié)能。電加熱地板對比傳統(tǒng)加熱供暖方式熱效率更高，整個地板作為散熱面，通電加后加熱地板產(chǎn)生熱能，再通過地板熱輻射和空氣自然對流的傳熱方式，熱量直接輻射面對乘客區(qū)域，傳送過程中熱量損失小，能有效節(jié)約能耗。

2）電加熱地板的智能溫控系統(tǒng)，能給乘客提供均勻、恒定的溫度。電加熱地板設置溫控開關(guān)，通過安全可靠的控制邏輯，實現(xiàn)車內(nèi)均勻加熱。當溫度超過設定溫度，會自動斷開電源，停止供熱，以免溫度繼續(xù)升高，當溫度不足設定溫度時，溫控開關(guān)會自動接通電源，開始供熱，地板表面維持舒適溫度。整個過程智能控制，無須人工操作，省心省力，維持車內(nèi)穩(wěn)定的溫度。

3）電加熱地板能給客室提供均勻熱輻射。加熱地板提供向上熱輻射，客室中頂板提供向下的新風，從而形成有效的冷熱自然對流，從而保證客室溫度均勻，避免傳統(tǒng)電加熱器集中熱輻射，造成局部冷熱不均勻，消耗過多能量。

4）電加熱地板能有效增加客室空間。由于地板內(nèi)部集成加熱功能，有效增加客室的使用面積，給乘客提供寬敞的空間。傳統(tǒng)電阻加熱一般固定在側(cè)墻下部，乘客站立時需要與電加熱器保持至少5cm左右的距離，使緊張的客室空間更加局促；而加熱地板加熱功能與地板集成，能有效節(jié)省電加熱安裝空間及乘客5cm安全距離。

5）電加熱地板的使用，車內(nèi)空間溫度呈梯形均勻變化，能更好提高乘客舒適度。以整個加熱地板為散熱面向車內(nèi)輻射熱量，使得車內(nèi)空間溫度隨著高度的增加呈梯度形式自下而上不斷遞減變化形式呈現(xiàn)下降趨勢，地板表層溫度稍高，頭部溫度稍低。按照中醫(yī)“ 熱從頭生，寒從足入”的理論可知，腳底溫暖，益于健康。人的腳底在達到一定溫度時，能促進足部血液循環(huán)，從而改善全身血液循環(huán)，促進新陳代謝，提高人體免疫力，增強抵抗力，進而使人體舒適度達到最高；同時，電加熱地板呈現(xiàn)的溫度階梯變化滿足中醫(yī)理論，給車內(nèi)乘客以舒適感。

四、電加熱地板材料導熱性、膨脹系數(shù)對地板壽命的影響

對于軌道列車，電加熱地板實際使用過程中，地板存在頻繁的高低溫變化，電加熱地板反復的熱脹冷縮與固定約束點之間存在應力，這會直接影響電加熱地板的使用壽命。針對熱脹冷縮的影響，如果有導熱性能好，熱膨脹系數(shù)小的地板核心材料，可以有效的降低電加熱地板熱脹冷縮對地板壽命的影響，同時地板實際使用過程中的固定更加有效。

五、加熱地板應用前景分析

綜上，電加熱地板高效、節(jié)能、環(huán)保，能夠有效改善車輛客室空間，保持客室室溫均勻性，切實提高乘客乘坐的舒適度，具有較好的發(fā)展前景。目前電加熱地板在國外雙層車已經(jīng)成功使用，在國內(nèi)A型市域車上有成功應用案例。電加熱地板對于鐵路列車，尤其空間緊張的雙層車、城際車及市域車具有很大的吸引力；如果能夠找尋導熱性能好，熱膨脹系數(shù)小的地板核心材料，切實降低熱脹冷縮對于地板的壽命影響，加熱地板在動車組上會具有很大的應用潛力。

作者簡介：曹安斌（1978-），男，漢族，工程師，本科，從事動車組內(nèi)裝設計工作。

郭立春（1970-），女，漢族，工程師，本科，從事動車組工藝工作。

（作者單位：青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司）