模擬地采暖環(huán)境對(duì)木質(zhì)地板導(dǎo)熱效能影響研究

李晨琦 毛磊 王齊

摘要： ?提出一種基于模擬室內(nèi)地采暖環(huán)境下對(duì)木質(zhì)地板導(dǎo)熱效能的檢測(cè)方法，將1 m3氣候箱作為環(huán)境模擬艙的基礎(chǔ)設(shè)備，通過(guò)制冷、換氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)1 m3氣候箱箱內(nèi)溫度。箱內(nèi)溫度、濕度、換氣率均可進(jìn)行調(diào)節(jié)并保持恒定，模擬地?zé)釛l件的加熱平臺(tái)安裝至環(huán)境模擬艙內(nèi)底部，進(jìn)而達(dá)到模擬地采暖環(huán)境的目的。將待測(cè)木質(zhì)地板正面朝上放置在氣候箱內(nèi)的加熱平臺(tái)上，通過(guò)模擬室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度對(duì)木質(zhì)地板的導(dǎo)熱效能進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)此方法獲得的導(dǎo)熱效能測(cè)試結(jié)果更接近自然使用環(huán)境。

關(guān)鍵詞： ?導(dǎo)熱效能； ?地采暖環(huán)境； ?木質(zhì)地板

中圖分類(lèi)號(hào)： ? TS 866 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：１００1 － 9499（２０23）02 － 0050 － 03

Study on the Influence of Simulated Floor Heating Environment

on the Thermal Conductivity of Wood Floor

LI Chenqi MAO Lei** WANG qi

（Heilongjiang Institute of Wood Science， ?Heilongjiang Harbin 150081）

Abstract A detection method based on the thermal conductivity of the wood floor under the simulated indoor heating environment is proposed. The 1 m3 climate box is used as the basic equipment of the environmental simulation chamber， and the temperature of the 1 m3 climate box is adjusted through the cooling and ventilation system. The temperature， humidity and air exchange rate in the box can be adjusted and kept constant. The heating platform simulating the geothermal conditions is installed at the bottom of the environmental simulation chamber， so as to achieve the purpose of simulating the ground heating environment. The wooden floor to be tested is placed face up on the heating platform in the climate box， and the thermal conductivity of the wooden floor is tested by simulating the indoor environmental temperature and humidity. The thermal conductivity test results obtained according to this method are closer to the natural use environment.

Key words thermal conductivity; ground heating environment; wood floor

導(dǎo)熱效能是地采暖地板熱物理性能的重要指標(biāo)之一，有效保證實(shí)木地板的熱穩(wěn)定性木質(zhì)地板的導(dǎo)熱效能優(yōu)劣對(duì)于冬季提供地采暖房間溫度起到至關(guān)重要作用[ 1 - 3 ]。按照LY/T1700-2018 《地采暖用木質(zhì)地板》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的檢測(cè)方法在檢測(cè)不同類(lèi)型木質(zhì)地板的導(dǎo)熱效能指標(biāo)時(shí)，因設(shè)備條件的需要，試件尺寸為150 mm×70 mm，放置于密閉的腔體內(nèi)部加熱，測(cè)量其內(nèi)部材料熱量傳遞效能，主要用于結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一的均質(zhì)復(fù)合材料，如強(qiáng)化木地板、實(shí)木多層地板等，局部制取的試件及可反映地板的性能效果。

隨著地采暖供熱的不斷普及，木質(zhì)地板為適應(yīng)地采暖供熱方式提高自身的導(dǎo)熱效能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與形式也發(fā)生了改變[ 4 - 5 ]。如框架式實(shí)木復(fù)合地板、單元集成地板等，其整體穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性能的體現(xiàn)依賴(lài)于整體結(jié)構(gòu)共同作用，需保證整體結(jié)構(gòu)尺寸完整的前提下對(duì)其進(jìn)行物理化學(xué)性能的檢測(cè)[ 6 - 7 ]。同時(shí)，影響木質(zhì)地板導(dǎo)熱的主要因素有密度、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的疏松程度等。為表現(xiàn)出新結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢(shì)，更好的表現(xiàn)其在自然使用環(huán)境中所反映的效果，本文提出一種模擬室內(nèi)地采暖環(huán)境中木質(zhì)地板完整結(jié)構(gòu)情況下導(dǎo)熱效能的測(cè)試方法，并對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行導(dǎo)熱效能測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

選取三層實(shí)木復(fù)合地板、多層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板、翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板4種類(lèi)型，每種規(guī)格抽取3塊，共計(jì)12款地板（表1）

1. 2 試驗(yàn)設(shè)備

環(huán)境模擬倉(cāng)為1 m3氣候箱作為基礎(chǔ)設(shè)備，通過(guò)制冷、換氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)1 m3氣候箱箱內(nèi)溫濕度。箱內(nèi)溫度、濕度、換氣率均可保持恒定狀態(tài)，加熱平臺(tái)安裝至環(huán)境模擬艙內(nèi)底部，進(jìn)而達(dá)到模擬地采暖環(huán)境的目的。加熱平臺(tái)內(nèi)有3個(gè)溫度傳感器，其中加熱平臺(tái)中間的溫度傳感器，監(jiān)控加熱平臺(tái)實(shí)時(shí)溫度并記錄溫度變化。進(jìn)出水口分別有2個(gè)溫度傳感器，監(jiān)控加熱平臺(tái)進(jìn)出水的溫度是否符合要求。溫度傳感器實(shí)時(shí)將溫度反饋到控制系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)控傳感器監(jiān)測(cè)到設(shè)定溫度時(shí)，控制系統(tǒng)將停止對(duì)加熱平臺(tái)溫控水箱進(jìn)行加熱。加熱平臺(tái)上方有2個(gè)傳感器位置調(diào)節(jié)器，分別懸掛溫度傳感器用于測(cè)量記錄地板表面溫度變化。位置調(diào)節(jié)器組件用于懸掛測(cè)量記錄地板表面溫度變化的溫度傳感（圖1）。

1. 3 試驗(yàn)方法

將試件正面朝上放置在氣候箱內(nèi)的加熱平臺(tái)上，進(jìn)行在試件上任意選取兩點(diǎn)，間距≥250 mm，將懸掛加熱平臺(tái)上方的溫度傳感器調(diào)節(jié)至試件表面，可測(cè)量試件表面溫度，固定傳感器，最終測(cè)量結(jié)果取兩點(diǎn)平均值。打開(kāi)環(huán)境艙監(jiān)控系統(tǒng)，溫度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，環(huán)境艙內(nèi)腔環(huán)境設(shè)置為溫度23 ℃，濕度50%。當(dāng)環(huán)境艙內(nèi)溫濕度保持恒定后，打開(kāi)加熱器，平臺(tái)控溫水箱使加熱平臺(tái)開(kāi)始升溫。當(dāng)試件的上表面溫度達(dá)到20 ℃時(shí)開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試時(shí)，加熱平臺(tái)升溫至70 ℃，并保持恒定，熱能從試件的下表面?zhèn)鬟f到上表面，每5 min記錄1次表層平均溫度及時(shí)間，直至表層溫度達(dá)到穩(wěn)定，溫度精確至0.1 ℃，時(shí)間精確至1 min。

試件的導(dǎo)熱效能按下式計(jì)算，精確至1 ℃/h。

Q=t/T

式中：Q為導(dǎo)熱效能（℃/h）；t為穩(wěn)定時(shí)的地板上表面溫度（℃）；T為地板上表面溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所用時(shí)間（h）。

達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的上表面溫度t 和所用時(shí)間T。自某一時(shí)刻T開(kāi)始1 h內(nèi)，所有相鄰測(cè)試數(shù)據(jù)間的差值不超過(guò)0.3 ℃，則視為T(mén)時(shí)刻試件上表面溫度達(dá)到穩(wěn)定。達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的上表面溫度t 和所用時(shí)間T。

2 結(jié)果與分析

2. 1 環(huán)境因素影響下不同結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能

將待測(cè)地板放置于加熱平臺(tái)上方，模擬環(huán)境恒定溫度設(shè)置為23 ℃，濕度為50%，模擬地?zé)峒訜崞脚_(tái)溫度為70 ℃，通過(guò)監(jiān)測(cè)地板上表面穩(wěn)定溫度及所需時(shí)間計(jì)算不同結(jié)構(gòu)型式地板受環(huán)境影響的導(dǎo)熱效能（表2），受環(huán)境溫濕度影響，木質(zhì)地板上表面溫度穩(wěn)定在47～50 ℃，所需穩(wěn)定時(shí)間依次是：三層實(shí)木復(fù)合地板<框架式實(shí)木復(fù)合地板≈翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板<多層實(shí)木復(fù)合地板；導(dǎo)熱效能方面三層實(shí)木復(fù)合地板略高于其他三種結(jié)構(gòu)實(shí)木復(fù)合地板，多層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板、翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板的導(dǎo)熱效能無(wú)明顯差異。

2. 2 環(huán)境因素影響下地板不同區(qū)域?qū)嵝?/p>

結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一的均質(zhì)材料測(cè)試中，木質(zhì)地板內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，密度存在差異，其地板密度越大，導(dǎo)熱效能越大，密度大的地板，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，幾乎無(wú)宏觀空隙，熱能傳遞的速度越快；密度小的地板其宏觀空隙大，空隙內(nèi)填充的空氣也多，空氣分子間距大，熱量傳遞慢，地板的傳熱速度也就慢[ 8 ]。為確認(rèn)其他結(jié)構(gòu)形式是否遵循此規(guī)律，對(duì)測(cè)試試件整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)位的導(dǎo)熱效能測(cè)試，隨機(jī)選取中心點(diǎn)及邊緣點(diǎn)6個(gè)點(diǎn)位，點(diǎn)位間距離≥250 mm。由表3可知，多層實(shí)木復(fù)合、三層實(shí)木復(fù)合中心點(diǎn)與邊緣點(diǎn)的導(dǎo)熱效能存在較小差異；框架式實(shí)木復(fù)合地板、翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板中心點(diǎn)與邊緣點(diǎn)的導(dǎo)熱效能無(wú)明顯差異。

3 結(jié) 論

受環(huán)境溫濕度影響木質(zhì)地板上表面溫度穩(wěn)定在47～50 ℃，4種結(jié)構(gòu)型式木質(zhì)地板受環(huán)境溫濕度影響的導(dǎo)熱效能：三層實(shí)木復(fù)合地板略高于其他三種結(jié)構(gòu)實(shí)木復(fù)合地板，多層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板、翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板的導(dǎo)熱效能無(wú)明顯差異;木質(zhì)地板整體結(jié)構(gòu)多點(diǎn)測(cè)試的導(dǎo)熱效能：多層實(shí)木復(fù)合、三層實(shí)木復(fù)合中心點(diǎn)與邊緣點(diǎn)的導(dǎo)熱效能存在較小差異；框架式實(shí)木復(fù)合地板、翼型框架式實(shí)木復(fù)合地板中心點(diǎn)與邊緣點(diǎn)的導(dǎo)熱效能無(wú)明顯差異。實(shí)木復(fù)合地板的構(gòu)成是非均質(zhì)材料，單一環(huán)境因素影響僅能體現(xiàn)出單一方面的導(dǎo)熱效能，不足以體現(xiàn)出全部性能，建議展開(kāi)木質(zhì)地板多條件環(huán)境因素下導(dǎo)熱效能的研究，豐富木質(zhì)地板導(dǎo)熱效能評(píng)價(jià)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 張連濱， ?徐晨， ?董林正， ?等. ?地采暖地板檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)與研究［J］. ?制造業(yè)自動(dòng)化， ?2017， 39（10）： 55 - 57 + 113.

［2］ 陶鑫， ?韓巖， ?徐偉， ?等. ?地采暖用木質(zhì)地板導(dǎo)熱性能影響因素及提升方法［J］. ?家具， 2019， 40（1）： 62 - 65.

［3］ 周世玉， ?杜光月， ?曹正彬， ?等. ?木質(zhì)地采暖地板蓄熱性能檢測(cè)及反演方法［J］. ?林業(yè)科學(xué)， ?2018， 54（11）： 14 - 19.

［4］ 杜光月， ?周世玉， ?劉大偉， ?等. ?實(shí)木地采暖地板蓄熱性能檢測(cè)技術(shù)［J］. ?林業(yè)科學(xué)， ?2018， 54（11）： 7 - 13.

［5］ 劉大偉. ?地采暖地板緩釋性能檢測(cè)方法研究［D］. ?山東建筑大學(xué)， 2020.

［6］ 孔繁旭， ?王艷偉， ?何嘯宇， ?等. ?實(shí)木地暖地板的導(dǎo)熱效能及其選用［J］. ?林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備， ?2020， 48（9）： 40 - 44.

［7］ 陳慶慶， ?王俊， ?吉富堂， ?等. ?裝飾面板及地板結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)木復(fù)合地板導(dǎo)熱性能的影響［J］. ?森林工程， ?2015， 31（2）： 84 - 87.

［8］ 何金存， ?周志芳， ?王宏棣. ?木質(zhì)地?zé)岬匕鍖?dǎo)熱效能影響因素研究［J］. ?林業(yè)科技， ?2020， 45（2）： 47 - 50.