【新京報記者張璐報導/編輯室報告】

歷屆舉辦冬奧會開閉幕式的場館都會遇到「低溫開放環境溫暖保障」的問題。新京報記者獲悉,此次冬奧會開閉幕式中,使用了石墨烯發熱材料的部分加熱座椅、加熱沙發、加熱桌子、加熱地毯應用在「鳥巢」中,實現溫控管理。未來,這種發熱座椅將繼續在公交車站、下沉廣場、戶外連廊等場景使用,助力「雙碳」目標實現。

歷屆舉辦冬奧會開閉幕式的場館都會遇到「低溫開放環境溫暖保障」的問題,「鳥巢」在接到冬奧會開閉幕式儀式任務的那天起,就提出要解決這個難題。

2017年起,鳥巢保障團隊就已經考察、對比國內外數種解決辦法,經過4年多的方案對比,分析了近100多種低溫環境溫暖保障方案,並進行多次低溫模擬環境試驗,尋找「安全、可靠、舒適」的加熱材料。

新材料石墨烯在眾多方案中被反覆提起。據悉,石墨烯是目前已知導熱係數最高的材料,在通電的情況下,碳分子團之間相互摩擦、碰撞產生熱能,熱能又通過遠紅外線以平面方式均勻地輻射出來,可以很好地被人體接收,從而產生由內而外的溫暖。

如何將石墨烯材料應用到低溫環境中,與座椅、沙發、桌子、地毯相結合?

在冬奧組委主導下,北京市科委、中關村管委會的技術扶持下,國家體育場「鳥巢」與座椅沙發的生產企業、石墨烯技術民用推廣企業聯合進行課題攻關,經過反覆實驗提出了低溫環境石墨烯發熱新材料技術及智能加熱管理系統方案。Aika愛家科技為冬奧會專門研發的石墨烯發熱布料擺脫了對基材的依賴,用石墨烯和碳納米管分散液做成了一塊能夠發熱的「布」,擁有出色熱傳導性能。

「石墨烯發熱布料跟棉布一樣,在24V的低電壓下就可以高效發熱,溫度值控制在30℃至47℃。」中國航發石墨烯材料冬奧專項項目負責人、Aika愛家科技董事長陳利軍以座椅舉例,座椅的背部和坐墊織布下層都放置了石墨烯發熱材料,座椅下方有一個按鈕,長按開機,短按可以切換溫度,三檔溫度分別是30℃、37℃和47℃。

國家體育場鳥巢作為國際一流的大型半開放場館,開幕式當天最低氣溫-6℃,閉幕式時氣溫-2℃。陳利軍說,在-10℃的室外環境中,發熱座椅可以在2分鐘內發熱。

同樣,桌子、地毯的夾層中也使用了這種石墨烯發熱布料,和座椅、沙發一起形成溫暖的小環境。石墨烯加熱地毯發熱溫度均衡在40℃,在室溫-5℃環境下,地毯的表面溫度為20℃。

值得一提的是,每個發熱桌椅都自帶獨立電路控制,實現了節能低碳。

陳利軍說,鳥巢配備了很多先進的設施,場館電力安全穩定運行必須考慮。石墨烯發熱布料的電熱轉換效率高,在24V低壓啟動的條件下,可以迅速實現升溫和熱傳導,既不會給電力系統帶來額外負擔,又能高效完成熱保障任務。將整個「鳥巢」觀禮台電力總需求控制在鳥巢整體電力負荷的0.098%,不到百分之一。

同時,這種柔性的布料也非常舒適。「傳統導熱材料——金屬絲、金屬線、發熱膜等具有導熱功能,但欠缺舒適性。石墨烯發熱布料擁有和普通布一樣的舒適觸感。」他說,石墨烯柔性纖維織物在30℃至47℃溫度區間精準加熱調控,通過石墨烯發熱織物的立體排布組合,構建三維遠紅外高效熱輻射網路,低溫開放式環境中熱量精準向人體傳遞功能,有效提高人體體感舒適度。

在安全性方面,石墨烯發熱布料可水洗、隨意剪切,遇水后性能不會受到影響,在雨雪天氣下也能保持安全穩定的發熱性能。

未來,這種發熱座椅可以在公交車站、下沉廣場、戶外連廊等場景使用,助力「雙碳」目標實現。