輕質陶瓷“晶立方砂巖”的熱舒適性研究

摘要通過對物體的傳熱及熱性能分析，并通過SEM、熱模擬等方法進行分析，對比了輕質陶瓷晶立方砂巖產品及天然砂巖、瓷磚等幾種不同材料的熱性能，指出其不同的熱性能導熱系數、材料密度及比熱是影響幾種材料舒適性的主要原因。本文從理論上分析了晶立方砂巖產品的低導熱系數及低密度是其舒適性良好的主要原因，同時也為建筑用陶瓷的舒適性研究提供了一種參考方法。

關鍵詞輕質陶瓷， 熱舒適性

1 前 言

未來建筑陶瓷的發展是以綠色環保、舒適健康為目標要求的，舒適性及環保性尤其是選擇裝修材料的一個重要方面。輕質陶瓷“晶立方砂巖”產品是一種新的資源利用型環保建材，具有輕質、高強、隔熱等特點，特別是觸感上明顯優于一般陶瓷產品冰冷的感覺，本文通過對瓷磚、天然砂巖、復合木地板等幾種材料的熱性質進行對比分析，解釋了晶立方砂巖具有良好的材料使用舒適性的特征原因。

2 材料性能及熱分析研究

2.1 材料結構

“晶立方砂巖”是一種高硅質輕質多孔陶瓷材料，具有均勻分布的封閉孔洞，體積密度為1.25 ，是典型的“三維閉孔泡沫陶瓷”材料，其SEM照片見圖1。

天然砂巖是一種沉積巖，巖石經風化、剝蝕、搬運等作用在盆地中堆積形成，巖石顆粒之間通過膠結物硅質和碳酸鹽質膠結，其典型結構見圖2。

2.2 熱理論分析

物體在相接觸時，其導熱傳熱的接觸面Ts的溫度可以用下式表示：

Ts=■（1）

其中TA、TB為物體A、B的表面溫度，εA、εB分別為對應物體的蓄熱系數，其中

ε=■ （2）

這里λ為導熱系數（W/m·K）， ρ為密度（kg/m3），c為比熱（J/kg·K）

人體的初始λ、ρ、 c及體溫T均可視為常數，ε則為常數，當人體與外界物體接觸時，接觸物體起始溫度設定為室溫T0，則式（1）變為：Ts=f(εtile)（3）

即當被接觸物體初始溫度一定時，人與接觸面的溫度僅與所接觸材料的蓄熱系數有關。人體及不同接觸材料的導熱系數、密度及比熱數據的選取見表1。

利用公式2計算出對應的ε，其結果見表2。

設定人體溫度T=37℃（實際裸露皮膚處偏低），接觸材料的溫度取室溫T0，根據《空氣調節設計規范》中規定的舒適性空調室內設計參數進行選擇，分別選取18℃、22℃、26℃及某些極端情況如使用地熱異常升溫情況下，接觸材料溫度過高T0=55℃等幾個溫度，使用公式（1）及表2數據進行計算，可得到人體與不同材料接觸時的接觸面溫度，其結果如表3。

2.3 溫度覺及熱舒適理論

溫度覺是指由冷覺與熱覺兩種溫度感受器感受外界環境中的溫度變化所引起的感覺。當熱環境發生變化時，人體會對周圍熱環境有明顯的反映，當熱環境好，即每個人都能處于熱舒適狀態下，這樣不論是對人的健康還是對工作效率都有很大的改善。

通常在30℃～36℃之間，溫度覺可產生適應性，手部冷覺出現在約29.4℃，腳部冷覺出現在27.6℃，在36℃以上或30℃以下，即使皮膚溫度沒有變化，也常常會有熱或冷的感覺，皮膚溫度超過45℃以上時，溫度感覺則變為疼痛感覺。由此可見，人體與外界的溫度波動在7℃時，溫度感覺已很明顯。

3 結果與討論

圖3為人體在不同溫度環境下與不同接觸材料的接觸面瞬間溫度。

從圖3中可以看出，瓷磚的接觸面溫度變化最大，除室溫26℃外，接觸面溫差均大于7℃，天然砂巖次之，而晶立方及復合木地板的接觸面溫度波動最小。

圖4為在室溫22℃的情況下，使用不同的地面材料與人體接觸時的溫度，其中左側左邊軸為界面溫度，右側坐標軸為界面溫差情況。由圖可見，使用瓷磚時，界面溫度為28.7℃，此時溫差最大，使用天然砂巖時，溫度差約為5.9℃，感覺也較為明顯，使用復合木地板及晶立方砂巖產品時，則界面溫度差僅為3.4℃及3.7℃，可見使用這兩種材料時人體感覺更為舒適。

圖5為模擬地熱或供熱系統異常情況下（此時地面溫度為55℃），使用不同的地面材料與人體接觸時的溫度。由圖可見，使用瓷磚時，界面溫度為47.0度，此時已超過人體的溫度熱感覺閥值，人即感覺灼痛，使用天然砂巖情況下，溫度差為44.0℃，感覺明顯，使用復合木地板及晶立方砂巖產品則界面溫度約為41℃，會有較明顯的熱感覺，但不會產生灼痛等不適應癥狀。

4 結 論

通過對材料的結構分析及熱模擬計算，對比了輕質陶瓷晶立方砂巖產品與天然砂巖、瓷磚、復合木地板等幾種不同材料的熱性能，特別指出晶立方產品的低導熱系數及低材料密度是使其具有更良好熱舒適性的主要原因。從理論上分析了晶立方砂巖作為一種新型環保建筑材料的舒適性原因，同時也為建筑用陶瓷的熱舒適性選擇提供了一種參考方法。

參考文獻

[1] 曾令可等.多孔功能陶瓷制備與應用[M].北京：化學工業出

版社，2006:5-10.

[2] C.Effting，O.E.Alarcon，S.Guths.Influence of porosity

on thermal properties of ceramic floor tiles.

Quailcer 2006:P.B.C 409-419.

[3] 黃獻等.60例正常人不同部位皮膚的溫度覺差異[J].

臨床神經電生理學，2002(12): 224-226.

[4] 郭利華等.人體熱舒適性的實驗研究[C]. 全國暖通空調制

冷2002年學術年會:2002.

[5] 鄭樹龍等.建筑陶瓷綠色化研發展望與發展[J].佛山陶瓷，

2008，18(3):10-11.