周啟東　李亞亞

摘 要：在市場中隨機(jī)選用陶瓷磚和木地板作為研究對象，建立實驗?zāi)Ｐ?，采用實驗對比的方法研究地面裝修材料的熱學(xué)性能。結(jié)果表明，陶瓷磚比木地板的溫度響應(yīng)更靈敏。

關(guān)鍵詞：地暖；地板；熱學(xué)性能

中圖分類號： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-182-2

0 引言

地面輻射供暖工程技術(shù)簡稱為地暖。由于地暖發(fā)熱均勻、室內(nèi)形成梯度溫差，完全符合人體生理需要，讓人感覺非常舒適，還有一定的保健作用，并且地暖的熱慣性小，發(fā)熱迅速，環(huán)保清潔，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，安全性高，不會造成傳統(tǒng)供暖中存在危及人身安全的漏電、漏水、漏氣、熱燙爆管等現(xiàn)象，使得地暖越來越受到人們的歡迎。特別是近些年來，隨著地暖施工技術(shù)的發(fā)展，地暖已成為一種主流的采暖方式[1]。但因其本身的復(fù)雜工序、各施工隊伍的施工工藝和技術(shù)水平的限制，以及住戶在后期裝修地面材料選擇上的盲目性等，導(dǎo)致地暖地面在供暖期使用時存在系列問題[2]。本文就住戶在裝修過程中選用的陶瓷磚和木地板作為研究對象，通過建立實驗?zāi)Ｐ?，采用對比試驗的辦法研究其熱性能，為住戶選擇材料提供經(jīng)驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 儀器和材料

儀器：FD-TC-B型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀。加熱盤由單片機(jī)自適應(yīng)控制測溫傳感器組成，讀數(shù)顯示為攝氏度，精度是0.1℃；散熱盤測溫傳感器由另一單片機(jī)控制，讀數(shù)精度也為0.1℃。溫控儀和測溫儀的顯示工作溫度在0℃ -100℃之間。恒溫控制溫度最高可設(shè)定為80℃。

材料：瓷磚和木地板（在銀川裝飾材料市場隨機(jī)購買），導(dǎo)熱硅脂。將瓷磚和木地板加工成直徑大約14厘米左右的圓盤。

1.2 實驗原理和方法

1.2.1 實驗原理

采用熱穩(wěn)態(tài)法，為了簡化計算，利用導(dǎo)熱硅脂來控制樣品與加熱盤和散熱盤之間的熱阻。建立地暖供熱模型，對模型做假設(shè)：

①樣品上表面與一個穩(wěn)定的均勻發(fā)熱盤（相當(dāng)于供熱熱源）充分接觸，下表面與一均勻散熱盤（相當(dāng)于室內(nèi)地表面）相接觸。

②因樣品的側(cè)面積比上下表面積小很多，可以認(rèn)為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側(cè)面散去的熱量可以忽略不計。同理忽略加熱盤側(cè)面的散熱。

③忽略樣品上（下）表面與加（散）熱盤之間的熱阻，將加（散）熱盤的溫度看作樣品上（下）表面的溫度。

④無內(nèi)熱源。

1.2.2 實驗方法

①設(shè)定加熱盤控制溫度為80℃。②加熱盤的溫度上升到設(shè)定溫度值時，記錄加熱盤的溫度T1散熱盤的溫度T2。③停止加熱，取走樣品，使加熱盤和散熱盤完全接觸，使加熱盤的溫度在原來溫度T2的基礎(chǔ)上迅速上升。④移去加熱盤，讓散熱盤在風(fēng)扇作用下冷卻，每隔30秒記錄該盤的溫度。作散熱曲線，計算散熱盤的冷卻速率。⑤計算比較瓷磚和木地板的導(dǎo)熱系數(shù)。

2 實驗結(jié)果與討論

結(jié)合實際地暖供熱系統(tǒng)，簡化認(rèn)為樣品上表面的溫度為熱源溫度，即T1；樣品下表面的溫度為室內(nèi)地表面的溫度，即T2。

2.1 熱源溫度對室內(nèi)瓷磚地表面溫度的影響

所選樣品陶瓷磚的厚度h陶=14.50mm，直徑d陶=161.00mm，在供暖系統(tǒng)工作過程中，熱源的溫度平穩(wěn)上升，最后，慢慢趨近預(yù)設(shè)定上限溫度值。加熱前期，陶瓷磚表面的溫度變化率較高；加熱后期，陶瓷磚表面的溫度變化率較低。熱源直接給陶瓷磚加熱，剛開始階段，陶瓷磚地表面的溫度隨熱源溫度呈低斜率上升；在中間階段，陶瓷磚地表面溫度陡然劇增；在后期階段，陶瓷磚地表面的溫度隨熱源溫度呈高斜率變化。借助Mathmatica軟件，剔除掉無效的數(shù)據(jù)點后，利用插值函數(shù)，便可預(yù)測熱源與陶瓷磚表面之間的溫度趨勢，為供熱系統(tǒng)保障溫暖舒適的同時，又能節(jié)約資源提供經(jīng)驗預(yù)測。

2.2 熱源溫度對室內(nèi)木地板地表面溫度的影響

對于木地板而言，在熱源對木地板供熱的過程中，熱源溫度與時間的關(guān)系如圖1，木地板表面與時間的關(guān)系如圖2，木地板表面溫度隨熱源溫度的變化關(guān)系如圖3，木地板表面溫度隨熱源溫度的擬合關(guān)系如圖4所示。

所選樣品木地板的厚度h木=12.00mm，直徑d木=140.00mm，在供暖系統(tǒng)工作過程中，從圖1看出，熱媒質(zhì)的溫度在很短的時間內(nèi)接近預(yù)設(shè)定溫度上限值，此后，便趨于穩(wěn)定。從圖2看出，木地板表面的溫度持續(xù)穩(wěn)定上升。從圖3看出，熱源直接給木地板加熱，剛開始階段，盡管熱源溫度變化范圍很大，但木地板表面的溫度變化不明顯，直到熱源溫度接近上限設(shè)定值時，木地板表面溫度呈迅速上升趨勢。借助Mathmatica軟件，剔除掉無效的數(shù)據(jù)點后，在圖4中給出了擬合關(guān)系，利用插值函數(shù)，便可預(yù)測熱源與木地板表面之間的溫度趨勢，為供熱系統(tǒng)保障溫暖舒適的同時，又能節(jié)約資源提供經(jīng)驗預(yù)測。

2.3 不同地板材料導(dǎo)熱能力對供熱效果的影響

導(dǎo)熱系數(shù)是指材料直接傳導(dǎo)熱量能力的反映。不同物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)各不相同；相同物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)與其的結(jié)構(gòu)、密度、濕度、溫度、壓力等因素有關(guān)。同一物質(zhì)的含水率低、溫度較低時，導(dǎo)熱系數(shù)較小。一般來說，固體的熱導(dǎo)率比液體的大，而液體的又要比氣體的大。這種差異很大程度上是由于這兩種狀態(tài)分子間距不同所導(dǎo)致的。在工程上，材料的導(dǎo)熱系數(shù)值都是由試驗測定出來的。

3 結(jié)論

第一，選用陶瓷磚作為地面裝修材料，在加熱的過程中，對熱源溫度感應(yīng)靈敏，且陶瓷磚表面溫度隨熱源溫度呈線性變化的趨勢比較明顯。第二，選用木地板作為地面裝修材料，在前期加熱過程中，雖然其表面的溫度隨熱源的溫度呈線性變化，但變化率低。因此，在供熱過程中，熱起來的速度就慢一點。第三，從熱性能角度來看，陶瓷磚比木地板的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，在冬季供暖期，當(dāng)熱源溫度相同的條件下，陶瓷磚裝修的室內(nèi)溫度較容易達(dá)到人體感覺的舒服溫度，而木地板就相對緩慢一點，但木地板的室內(nèi)降溫就相對慢。

參考文獻(xiàn)

[1] 王超.淺談地暖施工及材料性能的比較[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（9）：124.

[2] 戴桂梅.地暖地面質(zhì)通病原因分析與預(yù)防措施[J].建筑工人，2016（1）：14-15.