木質地熱地板導熱效能影響因素研究

何金存 周志芳 王宏棣

摘要： ?為探討不同結構型式、厚度、密度和含水率的地板對導熱效能的影響，揭示影響木質地熱地板導熱效能的因素及規律，進而為地采暖環境下如何選用木質地熱地板提供科學指導，本文通過對5種類型12款地板的導熱效能指標進行測試，其結果表明：5種結構型式地板導熱效能依次是：浸漬紙層壓木質地板>實木地板>三層實木復合地板>多層實木復合地板>框架式實木復合地板;地板導熱效能隨著地板厚度的增加而降低;地板密度越大導熱效能越大;地板導熱效能隨著含水率的升高而降低。

關鍵詞： ?地熱地板; ?導熱效能; ?地采暖

中圖分類號： ? S 781. 3 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1001 - 9499（2020）02 - 0047 - 04

隨著人們對冬季采暖舒適性和功能性需求的提升，地熱地板因具有節約空間和節能高效的特點，倍受消費者的青睞[ 1 - 2 ]。隨著我國地采暖產業的發展和地板加工技術的飛速進步，地熱地板行業發展迅猛[ 3 ]，使各類地熱地板產品紛紛上市[ 4 ]。目前，市場上地熱地板種類主要有實木地板、實木復合地板和浸漬紙層壓木質地板。但是由于地采暖的特殊性，對鋪地材料的要求也十分嚴格，要求地熱地板具有耐熱性、導熱性、尺寸穩定性和環保性能好等特點[ 5 - 6 ]。本文以木質地熱地板導熱效能為研究對象，以木質地板結構型式、厚度、密度和含水率為考察因素，按照LY/T 1700- ?2018《地采暖用木質地板》行業標準中規定，測試不同類型木質地板的導熱效能，揭示影響木質地熱地板導熱效能的因素及規律，進而為地采暖環境下如何選用木質地熱地板提供科學指導。

1 試驗材料與方法

1. 1 材料及儀器

1. 1. 1 試驗材料

浸漬紙層壓木質地板（以下簡稱強化地板）、多層實木復合地板、三層實木復合地板、框架式實木復合地板和實木地板5種類型共計12款地板（表1）。

1. 1. 2 試驗儀器設備

千分尺、游標卡尺、天平、干燥箱、干燥器、雙工作位地板導熱規律分析儀（型號：ACF-180，上海京閣儀器設備有限公司）。

1. 2 厚度尺寸的測量

用千分尺測量地板的四角及地板長邊中點且距地板邊部20 mm處，取平均值，精確至0.01 mm。

1. 3 密度測定

稱量每一試件質量，精確至0.01 g。測量試件的厚度，試件對角線的交叉點作為厚度的測量點，精確至0.01 mm。測量試件長度和寬度，在試件邊長的中部測量，精確至0.1 mm。密度按公式（1）計算，精確至0.01 g/cm3。

1. 4 含水率測定

測定含水率時，試件在鋸割之后應立即進行稱量，精確至0.01 g。然后在溫度（103±2） ℃條件下干燥至質量恒定，干燥后的試件應立即置于干燥器內冷卻，防止從空氣中吸收水分。冷卻至室溫后稱量，精確至0.01 g。前后相隔6 h兩次稱量所得的試件質量差小于試件質量的0.1%，即視為試件質量恒定。含水率按公式（2）計算，精確至0.1%。

1. 5 導熱效能測定

將恒定熱能從試件下表面傳遞至上表面，測試上表面溫度達到穩定時的溫度值與所用時間的比值[ 7 ]即導熱效能。將試件裝飾面朝上放置在隔熱平臺上，上下兩腔密閉隔離。工作艙示意圖如圖1所示，開啟測試儀器監控系統，設定測試基準溫度20 ℃和加熱溫度70 ℃。

當試件的上表面達到設定的測試基準溫度20 ℃時，測試開始。測試時，下腔升溫至設定的加熱溫度70 ℃，并保持恒定。熱能從試件的下表面傳遞到上表面，每0.25 h記錄一次上表面平均溫度及時間，溫度精確至0.1 ℃，時間精確至0.01 h，至上表面溫度達到穩定。

自某一時刻T開始1 h內，所有相鄰測試數據間的差值不超過0.3 ℃，則視為T時刻試件上表面溫度達到穩定。記錄達到穩定時的上表面溫度t和所用的時間T。

2 結果和分析

2. 1 不同結構型式地板的厚度、密度、含水率和導熱效能

由不同結構型式地板的厚度、密度、含水率及導熱效能（表2）可知：強化地板、多層實木復合地板、三層實木復合地板、框架式實木復合地板和實木地板5種類型共計12款地板的厚度、密度、含水率和導熱效能各不相同。

2. 2 結構型式與地板導熱效能影響關系

選取的12款地板，其結構型式分為5種：即強化地板、多層實木復合地板、三層實木復合地板、框架式實木復合地板和實木地板。為深入考量不同結構型式地熱地板的導熱效能，本研究選取穩定時間和穩定溫度兩個指標，來考察地板達到穩定溫度所需要的時間和穩定之后地板上表面溫度。由不同結構型式地板導熱效能（表3）可知： 5種結構型式地板導熱效能穩定時間依次是：強化地板<實木地板<三層實木復合地板≈框架式實木復合地板<多層實木復合地板;5種結構型式地板導熱效能穩定溫度依次是：實木地板<強化地板<框架式實木復合地板<多層實木復合地板<三層實木復合地板。

12款地板的導熱效能數據均符合LY/T 1700-2018《地采暖用木質地板》行業標準中≥8 ℃/h的要求。5種結構型式地板導熱效能依次是：強化地板>實木地板>三層實木復合地板>多層實木復合地板>框架式實木復合地板。這是因為地熱地板的結構不同，其導熱系數也有差異。一般情況下，強化木地板0.115 W/（m·K）>實木地板0.112 W/ ?（m·K）>實木復合地板0.104 W/（m·K）[ 8 ]。導熱系數大，熱量傳導快，穩定時間短。將多層厚度為2～3 mm的單板，用膠粘合縱橫交錯疊壓在一起制成的多層實木復合地板，雖然結構上減小了木材內部應力，使其具有良好的尺寸穩定性，但導熱性能較差[ 9 - 10 ]。為提升實木復合地板導熱效能，當結構相同時，宜選擇樹種密度較大的裝飾面板;當面板種類相同時，宜采用表板為鋸切薄板的三層實木復合地板[ 11 ]。

2. 3 厚度與地板導熱效能關系

由厚度與地板導熱效能關系（圖2）可知：地板導熱效能隨著厚度的增加而降低。這是因為熱量傳播方式是呈梯度自下而上輻射，垂直輻射距離越長，熱量散發越多;同時輻射距離越長，傳播速度也相應越慢。

2. 4 密度與地板導熱效能關系

由密度與地板導熱效能關系（圖3）可知：地板密度越大，導熱效能越大。密度大的地板，其內部結構密實，幾乎無宏觀孔隙，熱能傳遞的速度越快;密度小的地板，其宏觀孔隙大，孔隙內填充的空氣也多，空氣分子間距大，熱量傳遞慢，地板的傳熱速度也就慢。

2. 5 含水率與地板導熱效能關系

由含水率與地板導熱效能關系（圖4）可知：地板導熱效能隨著含水率的升高而降低。這是因為：含水率高的地板，孔隙內填充的水分子多，在熱量傳遞過程中，地板中的水分子會吸收一部分熱能并儲存，因此含水率越高，水分子越多，吸收熱量也越多，就會變相減緩熱能的傳遞速率。

3 結 論

3. 15種結構型式地板導熱效能依次是：強化地板>實木地板>三層實木復合地板>多層實木復合地板>框架式實木復合地板;地板導熱效能隨著地板厚度的增加而降低;地板密度越大，導熱效能越大;地板導熱效能隨著含水率的升高而降低。

3. 2 實木復合地板是通過多層材料復合或層積構成的非均質材料，強化地板和實木地板也不屬于均質材料，其導熱品質特性難以跟蹤和預測。導熱效能僅能表征其性能的一個方面，不足以完整的表征其全部性能。建議開展地熱地板蓄熱效能的研究，豐富木質地熱地板評價參數。

參考文獻

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第1作者簡介： ?何金存（1984-）， ?男， ?碩士， ?副研究員， ?研究方向： ?木材科學與技術。

通訊作者： ?王宏棣（1961-）， ?男， ?博士， ?研究員， ?研究方向： ?木基復合材料。

收稿日期： 2020 - 01 - 30

（責任編輯： ? 李 丹）

Abstract Based on the test of the thermal conductivity of 12 types of flooring， discussed the influence of different structural types， thickness， density and moisture content on the thermal conductivity， in order to provide data reference for the suitability of different types of wood flooring as wooden heating flooring. The results showed that the thermal conductivity of the five types of floor was： Laminate flooring > Solid wood flooring > Three-layer Engineered wood flooring > multi-layer Engineered wood flooring > Frame type Engineered wood flooring; Thermal conductivity is inversely proportional to floor thickness; Thermal conductivity was proportional to floor density; Thermal conductivity was inversely proportional to floor moisture content.

Key words Wooden heating flooring; ?Thermal conductivity; ?Ground with heating system