几种养蚕加热装置升温试验初报

青学刚 李文学 陈宝瑞 张友洪 刘刚 何建梅肖文福 张剑飞 朱德高

(1.四川省农业科学院蚕业研究所，四川 南充 637000；2.宜宾市蚕业管理站，四川 宜宾 615400； 3.富顺县蚕桑中心，四川 富顺 643200)

养蚕过程中环境升温加热是家蚕健康养殖的需要，特别是蚕种催青、小蚕共育、大蚕上蔟阶段尤为重要。现行的加热装置有地火龙、加热炉、电热线、油汀、暖气片、空调等，它们有的费用低、但污染大，有的污染小、能量转化率低，筛选一种转换率高、污染小、安装方便的加热装置显得非常必要[1]。

本研究采用筛选的碳纤维加热板和石墨烯加热膜与相同功率的电热线升温架[2](电压220V、功率800W)进行对比升温加热试验，模拟蚕房升温环境，探讨养蚕环境加热的效果。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 碳纤维加热板 220V，800W，长×宽×高：880cm×780cm×44cm(四川省南充市桃园生物化学研究开发有限公司提供)。

1.1.2 石墨烯加热膜 220V，800W，长×宽×高：880cm×780cm×2cm(四川省南充市桃园生物化学研究开发有限公司提供)。

1.1.3 电热线升温架 型号：7032 220V，800W，(四川省农业科学院蚕业研究所提供)。

1.2 试验方法

将三种加热装置分别平放在地面，通电加热后，每隔3min记录离加热装置50cm、100cm、150cm高度温度，绘制时间温度曲线。

将三种加热装置同时平放在同一个密闭养蚕房间，通电加热后，每隔3min记录离三种加热装置50cm高度温度，绘制时间温度曲线。

1.3 试验地点

试验地点选择在四川省农业科学院蚕业研究所综合大楼一楼107室，长×宽=5760mm×4310mm，面积24.83m2，该室具有环境智能控制系统，具有同时监测并自动记录3个位点的温度和湿度数据的功能。

2 结果与分析

2.1 碳纤维加热板升温效果

从碳纤维加热板不同距离升温效果来看，距离50cm与100cm、150cm的温差较大，100cm、150cm的温度接近，在60min温度稳定后温差达到6℃左右，见图1。

2.2 石墨烯加热膜升温效果

石墨烯加热膜的升温规律与碳纤维加热板比较一致：距离50cm与100cm、150cm的温差较大，100cm、150cm的温度接近，在60min温度稳定后温差达到6℃左右，见图2。

2.3 电热线升温架升温效果

距离50cm与100cm、150cm，采用电热线升温架升温，温差一般，100cm、150cm的温度接近，在60min温度稳定后温差达到2℃左右，见图3。

图1 碳纤维加热板不同时间150cm、100cm、50cm距离的温度曲线

图2 石墨烯加热膜不同时间150cm、100cm、50cm距离的温度曲线

2.4 三种加热装置升温效果比较

三种加热装置不同时间情况下的温度结果，碳纤维加热板与石墨烯加热膜加热的温度非常接近，基本没有差别，而碳纤维加热板高于电热线升温架温度1℃，高4.2%，说明碳纤维加热板与石墨烯加热膜的热效率高于电热线升温架，同时，三种加热装置加热到稳定温度的速度差距不大，见图4。

图3 电热线升温架不同时间150cm、100cm、50cm距离的温度曲线

图4 不同时间三种加热装置100cm的温度曲线

2.5 三种加热装置成本比较

碳纤维加热板与石墨烯加热膜成本差不多，比值为+4，而电热线升温架成本远低于前两种，比值达到-47，为碳纤维加热板的57%，接近一半，见表1：

表1 三种加热装置成本比较表

3 讨论

3.1 材料特性比较

试验的柔性线状碳纤维电热板是一种现在流行加热装置，在交变电场的作用下，发热体中碳原子之间产生分子运动并发生剧烈的摩擦和撞击，产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递，其电能与热能的转换率高达98%以上。根据检测，柔性线状碳纤维电热元件节电效果比金属电热元件节电高达30%。在节电的前提下柔性线状碳纤维电热元件升温快，通电加热5～30min就可以达到设定的温度[3]。

试验的石墨烯加热膜是现在国际最先进的一种加热材料，它采用二维原子晶体-石墨烯来发热。石墨烯是一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，厚度仅有0.34nm。具有许多的特性，比如高的机械强度(杨氏模量高达1TPa)、良好的导电(电阻率仅106Ω/cm)、导热性(导热系数高达5300W/m·K)、高饱和电流密度(可承受1～2 亿A/cm2的电流度)及大的比表面积(理论高达2630m2/g)。由石墨烯制成的加热膜具有加热快、散热快，稳定性好等优点。而且石墨烯作为发热材料，没有风扇强制对流，也不需要对大热容量的导热油进行预热，电热转化效率接近100%，升温速度快，可以做到即开即热，省去了预热过程浪费的能量。同时，石墨烯加热膜是以远红外线低温辐射(87%以上)为主要能量传递方式，这种辐射是8 到15 微米的远红外线，在低温辐射条件下，室内无冷点和热点，温度均衡，保湿[4]。

试验的电热线升温架电热升温架由耐高温阻燃发热导线经过绝缘耐温瓷珠、瓷接头在固定架上按照W形绕制而成，耐高温阻燃发热导线采用进口耐高温塑料绕包而成，耐温可达200℃，线芯为7035型，具有较强的弯曲性，温度可达250℃。

3.2 效果比较

碳纤维加热板、石墨烯电热板、电热线升温架三种加热装置升温速度相差不大，最高温度相比，碳纤维加热板≈石墨烯电热板，高于电热线升温架，这与石墨材料的高发热性一致。

3.3 成本比较

目前从单位面积成本来看，碳纤维加热板与石墨烯电热板相当，高于电热线升温架。在新型材料大量应用推广后，碳纤维加热板和石墨烯电热板成本应该会降低，利于该新型加热装置在养蚕行业的应用推广。