碳晶加热技术在家用电取暖器中的设计应用
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随着现代技术的不断提高，电取暖产品的种类日益增多，这些产品在寒冷的冬日给人们带来温暖舒适的享受。然而，电取暖产品由于制热原理、材料、结构等因素的不同，致使该类产品存在各自的优点和不足。碳晶加热技术作为一种新型环保的采暖方式，具有制热效果佳、节能环保、安全可靠等特点，将其运用到家用电取暖产品中是未来发展的趋势，可以最大程度的解决人们“耗电快、制热慢、成本高”的现实问题，从而提高人们的生活质量，使我国真正的走向节能环保的时代。
研究背景
随着日前人们生活水平的提高，对冬季采暖产品的需求也不仅仅限于御寒功能，越来越多的消费者在选购采暖产品时开始将舒适、健康纳入考虑基础。近年来市场上日渐兴起的碳晶采暖产品正迅速走入我们的视线，成为消费者冬日取暖的新选择。碳晶是一种改性提纯的碳素颗粒发热产品，以短碳纤维改性后进行球磨处理，制成微晶颗粒后，再加入远红外发射剂，以特殊工艺合成制作而成的加热元件。碳晶采暖产品具有舒适、安全、节能、可控等多项优点，可以预见，在未来高耗能、高污染的传统采暖产品将会被其逐步替代。将碳晶加热技术运用到家用电取暖器的设计中是未来发展的趋势。
电取暖产品的用户研究及消费需求分析
1.用户特征分析
该课题研究将碳晶加热技术应用到家庭电取暖产品中，其用户人群主要是家庭人员，产品的使用环境为家庭环境。
冬季人体的免疫力相对较低，不当的采暖方式极有可能引发呼吸道疾病以及各种流行病等。所以，提高人们的采暖质量，营造良好舒适的室内取暖环境成为家庭取暖的主要心理需求。电取暖器作为冬季取暖的重要设备之一，成为国内乃至全球家电市场的热点。对于家庭取暖而言，取暖器不仅仅可以满足基本的取暖功能，同时成为联络情感的特殊工具。寒冷冬日，家庭成员围坐取暖器取暖、交流，并且可以从事学习、观看电视、上网等娱乐休闲活动。电取暖器品使用方便，操作灵活，可以根据个人需求随意移动，满足人们在家庭空间内小范围内取暖的需求。以家庭为单位的取暖方式，取暖器无疑是最为经济、常用的工具之一。但是人们在购买该类产品时，仍然存在诸多的顾虑。特别是对于家庭中的老人和小孩而言，安全、健康、耗能等问题仍是购买电取暖器的重要考虑因素。
2.用户消费需求分析
人们在购买商品的过程中，为了满足一定的消费欲望而产生购买动机，这种心理活动以一种特殊的形式和规律表现出来的。根据著名心理学家马斯洛的需求理论可知，人的需求是有层次的。它包括：生理需求、安全需求、爱和归属感、尊重和自我实现五类。生理需求是最基本的需求，位于最低层次；自我实现则是作为最高层次的需求。以上需求表明，消费者的在购买的过程中心理变化是一个极为复杂的过程。经调研发现，外观、功能、节能、安全、经济、耐用是影响消费者购买电取暖产品的主要因素。总体而言，电取暖器的选购倾向于产品功能以外的多方面需求。消费者的心理需求主要表现在以下几个方面：
第一，美的需求。美的需求在即指外观需求。人们渴望在美的环境中生活与工作，优美的产品外观即可获得精神上愉悦和心情的舒畅。这种赋予在电取暖产品中的美，既包括色彩、造型、材料等方面的的处理，同时又包括电取暖产品本身与室内环境之间的协调。例如，市面上的碳晶墙暖画，除了具有散热提升温度的作用，在装饰美化空间方面发挥着重要的功能。
第二，功能需求。电取暖器在结构、造型 、材料等方面，多以功能为载体，而不是一般意义上的装饰和美化。由于消费者喜好的差异、文化差异、认识差异，对于同一产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，多功能电取暖器的市场需求不断增大，烘干、加湿、净化空气、取暖面积加大等功能常常作为产品的有力竞争因素。一款价格适中、外观别致、功能多变的电取暖器往往得到大多数消费者的喜爱。
第三，安全需求。
碳晶技术的概述
1. 碳晶概念阐释
碳晶，全称碳素微晶。它是一种改性提纯碳素颗粒发热材料，以短碳纤维改性后进行球磨处理，制成微晶颗粒后，再加入远红外发射剂，以特殊工艺制制作成的加热元件。具有红外热辐射的特性。
2.碳晶产品的制热原理
碳晶的制热原理是在电的引发激励下，通过碳分子团的热组件中产生“布朗运动”，由碳分子间的相互撞击和摩擦，产生的热能以远红外辐射的形式向外传递，其电能和热能的转化率高达98%以上。碳晶产品则是利用碳晶片高效发热的特点，在通电在30秒左右内，发热体表面的温度迅速升高，并将热能传递给碳晶电热采标表面的覆盖物以及碳晶电热材料背面的绝缘散热材料。以恒定的温度进行热辐射，向周围空间散发热量。其发热的形式是面状发热，发热面上的每一部分既为发热面又是散热面。
3. 碳晶与其它制热原理的比较
如今电取暖器的品种较多，从制热原理上可以分为：电热丝发热体、石英管发热体、陶瓷发热体、卤素管发热体、导热油发热体和碳纤维发热体。以阻丝作为发热元件的电取暖器，虽然结构简单，但是安全性却较差，触电并容易引发着火事故。远红外石英管电暖器，虽然具有较好的取暖效果，但其红光刺眼，使用寿命较短。电热油汀取暖器有无明火、无辐射、无噪声的特点，但它产生的电耗较大，预热时间长。下面对各种制热原理作简单的分析。
通过对电取暖器的制热原理比较和分析得知，碳晶制热原理与传统电热材料的工作原理相比，其制热主要依靠晶格震动的格波传热，克服了金属丝、PTC、碳化硅等电热体强度低、耐高温易氧化、使用寿命短的缺陷。比目前广泛采用的金属丝、PTC陶瓷、石英管、卤素管等电热材料的热效率高达30%-40%，更加节能环保。而今，随着技术和设计水平的不断提高，碳晶产品的设计更加多样化、现代化和艺术化。技术的不断升级，逐渐改善了人们的采暖质量并且得到越来越多的人接受。
4.碳晶取暖产品与其它取暖产品的比较
（1）节能性
碳晶取暖产品的经济性在于它比现在广泛采用的石英管、卤素管等电热材料效率高30%-40%，具有发热迅速，节能省电，运行费用比传统方式节约。以碳晶地暖为例，日常运行的费用仅是空调制热费用的三分之一，是水暖和发热电缆的一半。采用水暖，锅炉本身的热损耗较大，维护更换配件的费用之高。发热电缆所固有的线损率很难低于20%，加上系统的损耗和防止开裂加厚的混凝土层吸收的热量，其使用中实际电热转化率低于70%。100平方米每月花费1500元以上。而碳晶远红外材料，其电热转化率高达98%，是目前电热转换率最高的材料。
（2）环保性
由于冬季室内空间处于相对封闭的状态，人体的免疫力降低。在选择取暖产品时应该格外注重产品的环保性以及和安全性。碳晶加热技术与传统加热方式相比，在使用时无任何释放物质，对于室内环境不会产生任何污染或者有害气体，属于一种清洁能源，具有很强的环保性。碳晶取暖产品在供暖时，一般在较短的时间内（约30秒内）即可达到既定的温度。在室内使用碳晶取暖器时，不会产生任何的灰尘，无任何有害气体、噪声以及有害辐射。而油汀式取暖器在使用时，则升温缓慢，长期使用可能出现焊点漏油的问题。无论是在办公间或者家庭空间皆可以放心使用。
（3）保健性
碳晶在工作过程中会发出远红外辐射，使用者在受到远红外线的低温辐射后，能被吸收转化为热能，享受温暖之余，它还能抑制细菌的生长，净化空气。其热量接触皮肤后，暖而不燥，非常舒适。更重要的是，碳晶取暖产品还具有理疗的功能。以远红外碳晶理疗板为例，除了带给脚步温暖外，还具有一定的理疗的作用，对脚步的一些疾病具有理疗的作用，从而促进血液循环和新陈代谢，提高人体的免疫力等。近年来，节能环保成为电取暖产品发展的一个关键词，健康和舒适同样成为了人们购买该类产品的参考因素。碳晶取暖产品的优势，除了以上所提到节能性、环保性、保健性，安全性同时是此类产品的重要特征之一。绝缘等级高，连续使用寿命长，还具有防水、防潮的特点，使用非常安全。此外，产品的选择性较大，可加工成板状、带状以及其它复杂的外形，易加工生产。
家用碳晶取暖器的设计
1.设计定位
本次设计主要围绕碳晶加热技术展开，设计一款外观精致、制热效果佳、节能安全、可折叠多功能的碳晶取暖器。如今电取暖产品的外观注重以简约、精致、超薄来表达现代和科技的概念，在产品的风格定位上，现在年轻人的审美比较偏向于简约而精致，显得优雅而温馨，因而家用碳晶电取暖器的风格定位于北欧简约风，另外，该产品针对家庭用途而设计，所以设计方向体积小巧、风格简约，多功能，方便操作的产品。色彩的选择搭配上选用蓝色、紫色、红色，给人强烈的视觉感，再与富有科技感的银色不锈钢搭配，尽显现代气息又不失感染力。置于室内空间中，通过折叠可以很好地进行收纳，节约空间；也可以根据不同的需求，进行变换，如变成茶几，立式取暖器或床上用电脑桌。在产品材质定位上，以工程塑料为主，辅以不锈钢材质，塑料部件容易更换色彩，缤纷色彩使其具有时尚感，适合年轻人的喜好，同时也易于批量化生产，制造成本相对较低。
2.概念草图绘制及最终方案确立
根据前期的调研分析和设计定位绘制草图，不断推敲通过怎样合理的方式将多种功能叠加到家用碳晶取暖器上面，让其能达到一物多用的功效；在造型绘制的过程中，尽可能用最简单的造型手法去设计，让它变得简约时尚，吸引年轻人的眼光；推敲用哪些相关的折叠结构，可以让它便于收纳和运输。
经过层层的揣摩和推敲发现，在严寒的冬天，如果有一款取暖产品能够让我们在暖暖的茶几上品茶；可以暖暖地地在床上玩游戏；可以最大面积地进行供暖，那该多好哈。于是想到了将茶几、床用电脑桌和立式取暖器这些功能融合到一起，这样很好地达到一物多用，让我们可以在寒冷的冬季随心所欲地做自己想做的事，享受暖暖的生活，最后绘制出了最终确定的方案。
3.未来展望
相比于传统的采暖方式，碳晶取暖产品在某种程度上提高了人们的生活质量并且有利于身体的健康，为家电市场注入新的活力。在肯定其进步性的同时，碳晶技术的未来发展仍然面对着不少的挑战。从碳晶概念的提出到碳晶加热技术的应用，其发展过程仍然存在各种制约因素。首先，对于该类产品社会的认知度并不高，人们在购买时往往受到固有的思维的限制，选择空调、电热油汀取暖器等取暖产品。其次，技术、人力投入不足。基于以上的形势分析，碳晶取暖产业存在诸多不确定的因素，突破阻碍其发展的瓶颈是未来努力的方向。面对人口、资源、环境日益紧张的今天，高效、安全、健康的碳晶采暖产品无疑迎来了一个契机。因此，加快产品的更新换代，改善经营状况、提升设计理念、增加技术等都应该成为该行业努力的重点。让人们的取暖方式，真正的进入一个安全、环保、健康的时代。作为一个设计者而言，应该把人性化的观念系统地贯穿到设计实践中，在以人为中心的前提下，需要正确认识社会效益与经济效益、现实利益与长远利益的关系，把人性化的设计观念发挥到极致。
（作者单位：浙江理工大学）