2010年10月15日 星期五

電熱地暖系統 問與答


地暖-在國外使用已有近百年歷史技術也相當成熟,在臺灣是近幾年才興起。但絕大多數的建築或裝修業者、以及消費者對此新設備都不甚瞭解,對於功能性、耐用度、安全性、何為合理價格? 都有諸多疑問。尤其,絕大多數的臺灣地暖業者都是貿易商,其專業知識都是來自國外出口商,更遑論有否能力自行驗證測試;國內在木地板的施工方式與要求,在石材軟底的施工方式與顧慮都並非與各出口國相同的,在保暖材的選擇,施工方式 地暖系統的設計都必須視地面材的選擇和施工環境而有所調整。








電熱地暖系統  問與答

                                              01• 何謂地暖?
                                              02• 各種地暖傳遞熱量的不同點?
                                              03•地暖相對於空調的優越性
                                              04• 產生地暖的方式
                                              05• 電熱地暖與水暖的比較 !
                                              06• 電熱地暖的熱量傳遞原理
                                              07• 電熱地暖的局部過熱之問題?
                                              08• 電熱地暖之漏電問題?
                                              09• 地暖的遠紅外線加熱之說
                                              10• 電熱膜廠商都在強調其PTC 功能,那麼功能是如何呢?
                                              11• 自限溫電熱伴帶可作為地暖用嗎?
                                              12• 電熱地暖的電磁波問題 !
                                              13• 電熱地暖相較於水暖的集中供暖優勢 !
                                              14• 舖設電熱地暖,消費者須注意的4項考慮點?
                                              15• 石材與木地板面材之暖房效果比較 !
                                              16• 臺灣地區的單位面積發熱量安排為何必須大於寒帶地區?
                                              17• 大熱量與小熱量的電阻原料應用不同點
                                              18• 地暖發熱源的溫度問題 ?
                                              19• 採用電熱膜四大難解問題?
                                              20• 地暖熱量的傳遞保溫效能概說 !
                                              21• 從太陽溫暖地球的過程來細究遠紅外線的能量迷思?
                                              22• 為何電熱地暖比暖氣空調節能省電?
                                              23•  E-Board地暖系統溫控器的溫控方式
                                              24• 為何要裝置溫度保護器於地板下 ?
                                              25• 地暖會釋放遠紅外線的迷思?
                                              26• 地暖系統中溫度保護器以串聯或並聯方式設置於地板下的區別?
                                              27• 電熱膜可以接地嗎?
                                              28• 電熱膜的載體PET號稱可耐 100℃,為何擔心異常昇溫呢?
                                              29• 合金電阻線路與印刷電熱膜的耐用性比較?
                                              30• 為何臺灣不適用水暖來採暖?







01• 何謂地暖?

在地板下產生熱源,經由傳導與對流方法溫暖室內居住者。
最重要的是它能溫暖腳底。人體的身體無論如何暖和,如果腳冷,全身的寒意還是無法去除的,而愈年長者體會愈深。

02• 地暖、空調、電暖器 傳遞熱量方式的不同點?


物理學上的熱量傳遞方式為傳導、對流、輻射;而化學熱量的產生是壓縮機將空氣中水蒸氣凝結成水後產生。
地暖的熱量是全面性的由下往上傳導、對流,熱量集中在人身高度以下,符合足暖體溫的保健方式。
電暖器以輻射、對流方式將熱量往其前方傳遞,熱量不均勻分散,而主要集中在電暖器近程前方。有部份電暖器加上電風扇來增加對流效果。
空調是以壓縮機來產生熱量,一大部份熱量是水蒸氣凝結成水所產生的化學能,而經由風扇對流至室內。熱量集中在人身頭部上方。


03• 地暖相對於空調的優越性:


空調是上熱下溫,相對濕度趨近於零,讓人口乾舌燥,皮膚乾燥發癢,腳底仍然是冰涼。
地暖是下溫上涼,室內水氣仍大部份保留住,室內下半部會比較乾燥舒服,腳底像在作Spa,足暖體溫。
04•產生地暖的方式:

有二種:
(1)透過介質  水 的加熱,傳遞熱量,俗稱水暖。
(2)電能透過合金導體或碳素半導體將電能轉換成熱能,稱電熱地暖。

05• 電熱地暖與水暖的比較:


水暖優點:沒有蓄熱所產生的無限昇溫風險,可使用低成本能源,無漏電風險,社區統一規劃使用降低了設置與使用成本。
水暖缺點:必須定期維護,管路漏水將造成壁癌及鍋爐爆炸風險,溫控不準確,管路前後端溫差大,多佔用地面高度至少三公分以上,個人住居設置無法使用低成本能源,昇溫慢,無法彈性空間使用而浪費能源予無人空間。

電熱地暖優點:無須維護,可彈性設置與使用,溫控準確,佔用空間少。
電熱地暖缺點:蓄熱造成局部過熱風險,品質與施工缺失造成漏電風險。

06• 電熱地暖的熱量傳遞原理:

合金導體或碳素半導體形成的電阻通電後產生熱量( 熱量值=(電壓*電壓)/電阻),熱量傳導(電子移動)給其包覆體(矽膠-耐溫200度C,PET-耐溫80至100度C);再經由包覆體傳導至週遭的覆蓋物,熱傳導是等量往上及往下進行;往上傳導的熱量經由面材傳導給與其接觸之空氣分子,空氣分子再經由對流方式(分子移動)將熱量往上方輸送,空氣分子接觸到室內人體皮膚,則再經由傳導方式將熱量傳導給人們;同時,面材的熱量接觸到足底,會先傳導給它,如果腳底固定在同一位置,則該處熱量會累積而使腳底更加溫暖;而如果面材上方是覆蓋著大面積平底傢俱或紡織品,則熱量會快速累積而在該處昇高溫度,;如果面材是石材,因為其傳導係數高,昇高之溫度有限,但如果是木製品,由於其熱傳導係數僅約為石材的六分之一  ~ 十分之一,溫度有可能昇高數十度,而將會毀損電熱膜,而木地板也將龜裂或變形。

07• 電熱地暖的蓄熱所造成局部過熱之問題:

造成之原因:
1.面材散熱不良(主要原因)
2.電阻線路不均勻
3.電功率太大。
面材散熱不良主要由於面材上方堆積不易散熱之棉被、衣物 等低導熱係數之物品或無腳之傢俱,因而引起局部過熱。此時會造成局部區域昇溫數十度。
將造成之後果:木地板變形、龜裂及局部損壞或電源線路中斷。

避免之道       :不要堆積低導熱率之物品於地板上,或者要求地暖施工業者至少 在每1㎡ 的範圍內設置過溫保護器。
08• 電熱地暖之漏電問題:

造成之主因:施工品質不良,使用錯誤的電熱地暖系統。
防護方法    :裝置漏電斷路器及全面性接地施工,即可100%隔絕漏電造成之風險。

09• 地暖的遠紅外線加熱之說:

估且不論遠紅外線是否確實有保健效果或發熱源散發之熱量波長是否集中在遠紅外線區域,遠紅外線是無法穿透非透明體的。甚至復健醫療用的高功率遠紅外線飛利普燈泡也不敢誇稱其能穿透皮膚,事實的復健效果也是熱量造成的。

而地板面材都是非透明物,發熱源如何輻射出遠紅外線來穿透地面石材或板材來加熱室內空氣或溫暖人體呢?這是業者的無知或故意欺騙消費者的說法。

這就像是發熱衣的部份業者欺騙消費者的惡意誤導,事實上,它祇是一種新式壓克力類聚脂綿纖維製成的保溫效果,實該正名為“保暖衣”。

祇有像X射線,及阿爾發、貝它,伽傌射線及電磁波等短波才可能穿透人體或非透明物體,紫外線、可見光、紅外線是絕對無法穿透石材或木板、衣物等。

10• 電熱地暖的PTC自控溫度說法?

PTC(positive temperature coefficient)是指導體或半導體的電阻會隨著溫度上昇而稍微增大,(每增高1℃,約增加電阻0.37﹪),因此單位時間的發熱量就稍微降低(每增高1℃,約降低0.37﹪),但是總發熱量還是持續增加,一樣會在散熱不良的情況下,持續昇溫。此時,唯有溫度保護器能夠消除此昇溫現象,而且過溫保護器的設置密度越大越好。電熱電阻本身是無法自控溫度的。

11.自限溫- 電熱伴帶 :可作為地暖用嗎?


這是以HDPE或其它高分子滲入了一定比率的石墨而製成,當升溫至某一段時即能限制溫度再上昇,但其缺點是功率會一直遞減,或許一週、或許三年、或許十年,其發熱功率會減至原來的一半以下,而其能達到的最高溫度會一直往下滑落,昇溫速度也愈來愈慢。這種產品在歐、美、韓國、中國有許多工廠在生產,一般都祗用在戶外防凍或工業的管路保溫,最近祗有少數的中韓廠家敢把它用在住家釆暖上。住家建物壽命都在五十年以上,豈能接受其地暖熱量漸小、昇溫期漸長而在10 年後報銷!
全球最大廠挪威 Nexans及芬蘭 Ensto ,都聲明祗能應用在管路或戶外防凍使用。



12•電熱地暖的電磁波問題:

任何發熱源都會輻射出電磁波,因此必須覆蓋電磁波消除層來減低此輻射量至相當安全的範圍,也必須經過公證單位來認證其安全性。最好安裝後,再實地測試。

13•電熱地暖相較於水暖的集中供暖優勢:

1. 以電力為能源,環保、零污染。
2. 分戶、分室供暖調溫,可以自主調控,滿足個人需求,亦較節能。
3. 使用安全可靠,沒有水暖的漏水困擾。
4. 沒有管路維護、鍋爐漏瓦斯氣風險。
5. 電熱的風險可在施工、產品設計上將其完全排除。
6. 合金電阻線壽命長,不會老化。
7. 佔用空間少,在高房價的空間成本是低的。

14•舖設電熱地暖,消費者須注意的4項考慮點:

面材的選擇
不同面材的地暖系統選擇
保溫層的選擇
電源開關的選擇。

一、   面材種類的選擇:石材、實木複合木地板、卡扣式木地板

二、   不同面材的地暖系統選擇
1. 石材類:(考慮點-漏電風險,電磁波的消除)唯一可考慮的使用系統:發熱電纜原因:石材泥砂層乾燥期久,乾燥時產生的蒸汽壓甚大,發熱電纜施工 時並未在泥砂層中設置接點,因此不用擔心蒸汽壓會穿透所謂有 防水效果的接頭;而其他系統在施工過程中,必須在現場連接各 種線路而以所謂的防水膠布或接頭包裹,在眾多接點中只要有一 個被蒸汽壓侵入,即會使整個系統不能運作。另外,發熱電纜有 數層矽膠及電磁波消除網包裹,因此不用擔心施工時,遭受重力 毀損,而完工使用時,亦不用擔憂電磁波來影響健康。況且,石 材、泥砂的導熱率甚高,所以發熱電纜的較小之發熱面積之缺點, 並不甚重要。

2.  實木複合木地板類:(考慮點~地板可否保有原來的踏實感及沒有擾人的 雜音,並能消除電磁波) 使用系統的必備特性:可以充分上膠、上釘的地暖系統,而且必須能完全固定木地板;另必須有電磁波消除層。
原因:舖設木質地板,須有三項應有的認知:
(一)水泥基礎面一定不平整。
(二)固定木地板的膠合夾板一定會自行反翹,尤其置放在地面上。
(三)實木複合板會因濕度、溫度的改變而有變形的傾向。
              因此,若無法完全固定木地板,施工後或者地暖系統使用一陣子後,
             必有雜音及地板的不踏實感。

3.  卡扣式木地板:此種工業化木質地板是以floating方式(飄浮式)施工,因此不用 上釘或上膠,各種電熱膜、電熱板均適用,祇是各有不同的優劣點。需考慮:是否 設置電磁波隔離層?及其他施工設計工程 的考慮點是否週全。

三、   保溫層:必須使用高密度(40kg/m3以上)的聚苯板(PS)或聚脂胺板(PU),厚度在1cm以上。

四、   電源開關:最好都是採用單一回路。
16A溫控器配15A防漏電、防過載開關及2.0㎡耐熱電線。
32A溫控器配30A防漏電、防過載開關及3.5㎡以上的耐熱電線。
16A的溫控器可控制六坪以下的舖設面積,大面積使用多個16A溫控器,可以有效精確的溫控效果。
32A 可使用於12坪以下。

15•石材與木地板面材之暖房效果比較:

首先須了解的是石材的導熱速度雖為木板的6~10倍,但是石材軟底施工的被加熱層約為六公分,木地板地暖系統的被加熱層僅為木地板厚度,在二者都已使用苯板作為保溫層的情況之下,由於石材的被加熱體積約為木地板的四倍以上,在加上木地板的蓄熱能力大於石材,因此在同等發熱量安排之下,木地板暖房在20-30分鐘即達到足暖體溫的效果,而石材暖房則需要二倍時間。

所以地暖用於浴室時,熱量的散發量,就必須另行安排,以期能在20分鐘內達到效果。但是達到設定溫度以後,各種面材的地暖效果都一樣了。

16•臺灣地區的單位面積發熱量安排為何必須大於寒帶地區?

寒帶地區的發熱量安排約為80-100watts/㎡,因此其預熱時間在半天至一天,開機後,就持續近半年而不關機。但是,在臺灣的熱量安排則約為150-180watts/㎡,預熱時間必須在30分鐘之內。
因為臺灣的冬季(12月初至3月中旬),每波寒流來襲約為3天至5天,預熱時間不能太長, 更不能等待半天至一天會不符合使用者期待;而且由於往往是溼冷,故須要較大的單位發熱量。

17•大熱量與小熱量的電阻原料應用不同點:

鎳、鉻、銀、銅、鐵為主體的合金電阻耐熱度及發熱量都大,而電阻發熱的均勻度亦相當優良,一般用於高溫發熱的場合;碳、矽、鍺等類金屬大都使用於低發熱量的電阻結構,尤其用在合金類電阻不易建構的產品。而地暖的需求發熱量屬於中溫,以合金電阻來建構當然不成問題;但是將低發熱量的類金屬用印刷方式來建構電阻線路,則可靠度的問題就不小了,尤其要建構150watts/ m2 以上的發熱層,則印刷線路將更粗、更厚,其電阻均勻度更差,而其載體PVC或PET65℃以上即開始軟化,並釋放氯乙烯分子及塑化劑。

18•地暖發熱源的溫度問題?

雖然地暖系統完成後,常將地暖發熱源設定在35℃至50℃。但這是發熱電阻散熱至其載體週圍之溫度。實際上發熱點溫度可能經常維持在60℃以上,尤其在週遭環境散熱不良(如木地板上堆積衣物或人躺在木地板上),溫度會再上昇數十度,所以在必須使用高熱量地暖的臺灣或中國華東以南地區,若使用印刷電熱膜,必需承受將來電阻線路損壞及散發塑化劑、氯乙烯分子之高風險。

19‧採用電熱膜四大難解問題?

合金電阻線是使用歷史最優久與最耐高溫的,但由於其外形無法應用於需要平面化加熱的結構上,例如玻璃或鏡面的除霧,或是需要以膠膜黏貼紙方式來應用於被加熱體,因而才促成了印刷電熱膜的問世。而當電阻發熱線欲圖使用於木地板底下時,卻一直很難讓木地板能平整的固定以及無法均勻地加熱。而電熱膜可以均勻地加熱,只是必須將印刷線路加厚加粗以期提高發熱量才能使用於地暖,
但這卻造成了電阻的不均勻。因此其業者才發展出了第二代的銅箔主載流條及第三代的銅箔次主載流條,但這祇是減低了過熱風險,並未能夠避開此風險,然而卻又增加了載流條與碳墨印刷線路接點的技術問題。因而,才又有了第四代全合金蝕刻線路的電熱膜。
但只要是電熱膜,則有四大難解問題:
(一)怕外力,卻又持績承受了地板上了的重力。
(二)無法作接地。
(三)無法自控溫度,因此蓄熱風險永遠存在。
(四)發熱體昇高到65度C以上時,其PET或PVC載體即會軟化並釋放出無色無味的氯乙烯分子與塑化劑。

20‧地暖熱量的傳遞保溫效能概說:

地暖系統的發熱體發出之熱量,一部份會經由覆蓋面材散發至室內,同時另有部份會蓄熱在覆蓋物內。
至於熱量如何分配於上述兩者,端視覆蓋物的導熱率,蓄熱能力,室內溫度而定。
祗要保溫工程作得好,依照能量不滅定律,電能100%轉換成熱能,此熱能將完全分佈在地板及室內。

21‧從太陽溫暖地球的過程來細究遠紅外線的能量觀念說:

地球與太陽間是真空的,因此不可能有任何能量經由傳導,對流的方式影響地球,因此太陽僅能以各種光波輻射能量到地球。而此等能量累積在地表,再以傳導,對流方式經由空氣分子,散佈在大氣中,愈高處空氣愈稀薄,所獲得熱量就愈少,因而愈泠。人體若處在陽光下,又多獲得了直接輻射能量。而所有太陽輻射到地球的能量又以紅外線為主。現在,讓我們想像個簡單實驗將在遠距離已開啟之遠紅外線電暖器突然轉個方向移到吾人身前一公尺處,在其方向對準我們瞬間,我們首先感受到的則是紅外線熱量的輻射,爾後增加熱量的一部份則是經過空氣分子對流而來。然而,我們再來試一下所謂的遠紅外線電熱膜,當開啟電源後,立於其上方的我們身體絕對感受不到任何熱量,而光波速度是298,000公里/秒,何以人身無法感受到熱量呢?而必須等到數十分鐘才感受到熱量呢?是故電熱膜的遠紅外線溫熱人體說,是毫無根據的。

22.  何以電地暖比暖氣空調節能省電?

主要的兩個原因:
1.電地暖熱量主要範圍分佈屋內約地板與人身高左右,因此溫度設定可略低三度以上。
2.電地暖是純電阻發熱,沒有壓縮機等零件所引起的能量耗損。

23.  E-Board地暖系統溫控器的溫控方式?

主要以晶片程式設計控溫,並以on/off方式進行而非調整熱量大小方式。
一般都有兩個溫度感應點 :一個在溫控器內感應室內溫度,另一個 由施工者安置在地板下接近發熱體的位置,感應發熱體周圍的溫。而 E-board則是唯一具有另設置多點溫控於各個E-Board內的專利結構。

24.為何要裝置溫度保護器於地板下?

因為電地暖溫控器僅靠地板下面一個感溫點測試來模擬整片地板的溫度變化是有風險的 。如果地板的某處因堆積不易導熱之物品而上昇了10℃以上,溫控器是無從察覺的。

此時可能造成地板毀損,更甚者,造成電熱膜軟化、穿孔 而損壞。如果遍佈了溫度保護器,則能偵測到溫度的異常而自行斷電。絕大多數的電熱膜業者在施工時都不設置溫度保護器,尤其是臺灣的貿易代理商。

25.地暖會釋放遠紅外線的迷思?

紅外線、遠紅外線都是帶有熱能的長波,振輻越大則熱能越大。但它們並不能穿透非透明物體,因此不可能透過皮膚數毫米以上來加熱人體內細胞,更不可能去激發人體內的水分子,因為這是微波才有的能力。
事實上紅外線所表現出來的是高效能的熱量,其輻射人體時,熱量是由皮膚傳導至體內的,而非遠紅外線穿透皮膚細胞,一切復健、保健器材功效也多是累積熱量的結果。
而功率大的紅外線能量是靠電能來激發出大振幅。也由於紅外線無法穿透非透明體,才被用來製成紅外線距離測量槍、紅外線溫度計。

26. 地暖系統中溫度保護器以串聯或並聯方式設置於地板下的區別?

電熱膜因結構問題,只能在施工時以 串聯 方式佈置少量溫度保護器,如果某處感應到異常昇溫,則完全斷電,整個系統暫停供電。事實上,除了消費者提出要求,電熱膜業者是不會甚至沒有能力安裝足夠密集之溫度保護器來保護地暖系統的安全。

而 E-Board電暖板 則是在結構中已置入了溫度保護器於每一片發熱板中,平均面積在0.6㎡至1.0㎡內有一溫度不超過50℃的偵測點控制器,因此不僅密度高而均勻分佈,而且是隨著線路的連接以 並聯 方式存在地板下方,因此如果某處感應到異常昇溫,則僅該處斷電,整個系統照常運作不受影響,這是其他地暖系統業者無法達到的安全保護功能。

27.電熱膜可以接地嗎?

 電熱膜無法進行接地。

28.電熱膜的載體PET號稱可耐 100℃,為何擔心異常昇溫呢?

事實上,PET常時間在65℃以上即會軟化而可能造成線路短路或載體穿洞。如果載體改以Pl或矽膠,則耐溫度可大為提高  但是由於成本與技術的問題,電熱膜生產商尚無法改變其載體材料於地暖的使用上。

29.合金電阻線路與印刷電熱膜的耐用性比較?

合金電阻線自1920年代用於地暖至今仍是電熱地暖的主流,家用電器如冰箱的除霜、電鍋的保溫蓋、除油煙機的化油組、吹風機、慰斗、電毯都是一直使用它。
而印刷電熱膜是由於近幾年碳墨漿的量化生產而大量使用,但是主要應用在低溫發熱 如除霧、發熱織物上。
而地暖是屬於中高溫的使用,印刷電熱膜使用於地暖就像轎車參加越野賽一樣的不適當。

30.為何臺灣不適用水暖來採暖?

水暖-是寒帶國家主要採暖方式,通常是由政府或杜區使用廉價能源來統一供應通常帶有社會福利的用意。並且在其地區都已有完整的施工、相關材料、維護的完整網絡。而且他們的地暖系統開機後,連續一個冬季都不會關閉,因而水垢的產生較不嚴重,但仍須每隔1至3年由專門人員使用高壓機器以特殊化學藥物清洗管路;而且其管路舖設亦不能有接頭,更不能在施工現場用鐵管連接而是用整綑的複合金屬塑料管自水源頭接到端點,一氣呵成。這都是臺灣目前所欠缺的。




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