木質(zhì)地?zé)岬匕鍖?dǎo)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(jié)構(gòu)型式、厚度、密度和含水率的地板對(duì)導(dǎo)熱效能的影響，揭示影響木質(zhì)地?zé)岬匕鍖?dǎo)熱效能的因素及規(guī)律，進(jìn)而為地采暖環(huán)境下如何選用木質(zhì)地?zé)岬匕逄峁┛茖W(xué)指導(dǎo)，本文通過(guò)對(duì)5種類(lèi)型12款地板的導(dǎo)熱效能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果表明：5種結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能依次是：浸漬紙層壓木質(zhì)地板>實(shí)木地板>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;地板導(dǎo)熱效能隨著地板厚度的增加而降低;地板密度越大導(dǎo)熱效能越大;地板導(dǎo)熱效能隨著含水率的升高而降低。

關(guān)鍵詞： ?地?zé)岬匕? ?導(dǎo)熱效能; ?地采暖

中圖分類(lèi)號(hào)： ? S 781. 3 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001 - 9499（2020）02 - 0047 - 04

隨著人們對(duì)冬季采暖舒適性和功能性需求的提升，地?zé)岬匕逡蚓哂泄?jié)約空間和節(jié)能高效的特點(diǎn)，倍受消費(fèi)者的青睞[ 1 - 2 ]。隨著我國(guó)地采暖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和地板加工技術(shù)的飛速進(jìn)步，地?zé)岬匕逍袠I(yè)發(fā)展迅猛[ 3 ]，使各類(lèi)地?zé)岬匕瀹a(chǎn)品紛紛上市[ 4 ]。目前，市場(chǎng)上地?zé)岬匕宸N類(lèi)主要有實(shí)木地板、實(shí)木復(fù)合地板和浸漬紙層壓木質(zhì)地板。但是由于地采暖的特殊性，對(duì)鋪地材料的要求也十分嚴(yán)格，要求地?zé)岬匕寰哂心蜔嵝?、?dǎo)熱性、尺寸穩(wěn)定性和環(huán)保性能好等特點(diǎn)[ 5 - 6 ]。本文以木質(zhì)地?zé)岬匕鍖?dǎo)熱效能為研究對(duì)象，以木質(zhì)地板結(jié)構(gòu)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(zhì)地板》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，測(cè)試不同類(lèi)型木質(zhì)地板的導(dǎo)熱效能，揭示影響木質(zhì)地?zé)岬匕鍖?dǎo)熱效能的因素及規(guī)律，進(jìn)而為地采暖環(huán)境下如何選用木質(zhì)地?zé)岬匕逄峁┛茖W(xué)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1. 1 材料及儀器

1. 1. 1 試驗(yàn)材料

浸漬紙層壓木質(zhì)地板（以下簡(jiǎn)稱(chēng)強(qiáng)化地板）、多層實(shí)木復(fù)合地板、三層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板和實(shí)木地板5種類(lèi)型共計(jì)12款地板（表1）。

1. 1. 2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

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

1. 2 厚度尺寸的測(cè)量

用千分尺測(cè)量地板的四角及地板長(zhǎng)邊中點(diǎn)且距地板邊部20 mm處，取平均值，精確至0.01 mm。

1. 3 密度測(cè)定

稱(chēng)量每一試件質(zhì)量，精確至0.01 g。測(cè)量試件的厚度，試件對(duì)角線(xiàn)的交叉點(diǎn)作為厚度的測(cè)量點(diǎn)，精確至0.01 mm。測(cè)量試件長(zhǎng)度和寬度，在試件邊長(zhǎng)的中部測(cè)量，精確至0.1 mm。密度按公式（1）計(jì)算，精確至0.01 g/cm3。

1. 4 含水率測(cè)定

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

1. 5 導(dǎo)熱效能測(cè)定

將恒定熱能從試件下表面?zhèn)鬟f至上表面，測(cè)試上表面溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的溫度值與所用時(shí)間的比值[ 7 ]即導(dǎo)熱效能。將試件裝飾面朝上放置在隔熱平臺(tái)上，上下兩腔密閉隔離。工作艙示意圖如圖1所示，開(kāi)啟測(cè)試儀器監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)定測(cè)試基準(zhǔn)溫度20 ℃和加熱溫度70 ℃。

當(dāng)試件的上表面達(dá)到設(shè)定的測(cè)試基準(zhǔn)溫度20 ℃時(shí)，測(cè)試開(kāi)始。測(cè)試時(shí)，下腔升溫至設(shè)定的加熱溫度70 ℃，并保持恒定。熱能從試件的下表面?zhèn)鬟f到上表面，每0.25 h記錄一次上表面平均溫度及時(shí)間，溫度精確至0.1 ℃，時(shí)間精確至0.01 h，至上表面溫度達(dá)到穩(wěn)定。

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。記錄達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的上表面溫度t和所用的時(shí)間T。

2 結(jié)果和分析

2. 1 不同結(jié)構(gòu)型式地板的厚度、密度、含水率和導(dǎo)熱效能

由不同結(jié)構(gòu)型式地板的厚度、密度、含水率及導(dǎo)熱效能（表2）可知：強(qiáng)化地板、多層實(shí)木復(fù)合地板、三層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板和實(shí)木地板5種類(lèi)型共計(jì)12款地板的厚度、密度、含水率和導(dǎo)熱效能各不相同。

2. 2 結(jié)構(gòu)型式與地板導(dǎo)熱效能影響關(guān)系

選取的12款地板，其結(jié)構(gòu)型式分為5種：即強(qiáng)化地板、多層實(shí)木復(fù)合地板、三層實(shí)木復(fù)合地板、框架式實(shí)木復(fù)合地板和實(shí)木地板。為深入考量不同結(jié)構(gòu)型式地?zé)岬匕宓膶?dǎo)熱效能，本研究選取穩(wěn)定時(shí)間和穩(wěn)定溫度兩個(gè)指標(biāo)，來(lái)考察地板達(dá)到穩(wěn)定溫度所需要的時(shí)間和穩(wěn)定之后地板上表面溫度。由不同結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能（表3）可知： 5種結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能穩(wěn)定時(shí)間依次是：強(qiáng)化地板<實(shí)木地板<三層實(shí)木復(fù)合地板≈框架式實(shí)木復(fù)合地板<多層實(shí)木復(fù)合地板;5種結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能穩(wěn)定溫度依次是：實(shí)木地板<強(qiáng)化地板<框架式實(shí)木復(fù)合地板<多層實(shí)木復(fù)合地板<三層實(shí)木復(fù)合地板。

12款地板的導(dǎo)熱效能數(shù)據(jù)均符合LY/T 1700-2018《地采暖用木質(zhì)地板》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中≥8 ℃/h的要求。5種結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能依次是：強(qiáng)化地板>實(shí)木地板>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。這是因?yàn)榈責(zé)岬匕宓慕Y(jié)構(gòu)不同，其導(dǎo)熱系數(shù)也有差異。一般情況下，強(qiáng)化木地板0.115 W/（m·K）>實(shí)木地板0.112 W/ ?（m·K）>實(shí)木復(fù)合地板0.104 W/（m·K）[ 8 ]。導(dǎo)熱系數(shù)大，熱量傳導(dǎo)快，穩(wěn)定時(shí)間短。將多層厚度為2～3 mm的單板，用膠粘合縱橫交錯(cuò)疊壓在一起制成的多層實(shí)木復(fù)合地板，雖然結(jié)構(gòu)上減小了木材內(nèi)部應(yīng)力，使其具有良好的尺寸穩(wěn)定性，但導(dǎo)熱性能較差[ 9 - 10 ]。為提升實(shí)木復(fù)合地板導(dǎo)熱效能，當(dāng)結(jié)構(gòu)相同時(shí)，宜選擇樹(shù)種密度較大的裝飾面板;當(dāng)面板種類(lèi)相同時(shí)，宜采用表板為鋸切薄板的三層實(shí)木復(fù)合地板[ 11 ]。

2. 3 厚度與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系

由厚度與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系（圖2）可知：地板導(dǎo)熱效能隨著厚度的增加而降低。這是因?yàn)闊崃總鞑シ绞绞浅侍荻茸韵露陷椛洌怪陛椛渚嚯x越長(zhǎng)，熱量散發(fā)越多;同時(shí)輻射距離越長(zhǎng)，傳播速度也相應(yīng)越慢。

2. 4 密度與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系

由密度與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系（圖3）可知：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(guān)孔隙，熱能傳遞的速度越快;密度小的地板，其宏觀(guān)孔隙大，孔隙內(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。

2. 5 含水率與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系

由含水率與地板導(dǎo)熱效能關(guān)系（圖4）可知：地板導(dǎo)熱效能隨著含水率的升高而降低。這是因?yàn)椋汉矢叩牡匕?，孔隙?nèi)填充的水分子多，在熱量傳遞過(guò)程中，地板中的水分子會(huì)吸收一部分熱能并儲(chǔ)存，因此含水率越高，水分子越多，吸收熱量也越多，就會(huì)變相減緩熱能的傳遞速率。

3 結(jié) 論

3. 15種結(jié)構(gòu)型式地板導(dǎo)熱效能依次是：強(qiáng)化地板>實(shí)木地板>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;地板導(dǎo)熱效能隨著地板厚度的增加而降低;地板密度越大，導(dǎo)熱效能越大;地板導(dǎo)熱效能隨著含水率的升高而降低。

3. 2 實(shí)木復(fù)合地板是通過(guò)多層材料復(fù)合或?qū)臃e構(gòu)成的非均質(zhì)材料，強(qiáng)化地板和實(shí)木地板也不屬于均質(zhì)材料，其導(dǎo)熱品質(zhì)特性難以跟蹤和預(yù)測(cè)。導(dǎo)熱效能僅能表征其性能的一個(gè)方面，不足以完整的表征其全部性能。建議開(kāi)展地?zé)岬匕逍顭嵝艿难芯?，豐富木質(zhì)地?zé)岬匕逶u(píng)價(jià)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 金濤. ?實(shí)木地?zé)岬匕逅募窘砸薣N]. ?中國(guó)建材報(bào)，2017-12-29（002）.

[2] 李佳峰. ?地?zé)岬匕瀹a(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景[N]. ?中國(guó)建材報(bào)，2013 - 10 - 23（002）.

[3] 劉道春. ?節(jié)能環(huán)保力推地?zé)岵膳瓉?lái)黃金時(shí)代[J]. ?潔凈與空調(diào)技術(shù)， ?2018（02）： ?50 - 56.

[4] 楊忠， ?呂斌， ?唐召群. ?地采暖木地板產(chǎn)業(yè)政策與標(biāo)準(zhǔn)解析[J].中國(guó)人造板， ?2018， ?25（10）： ?6 - 9.

[5] 袁緋玭， ?姜笑梅， ?周玉成， ?等. ?地采暖用實(shí)木地板與實(shí)木復(fù)合地板常見(jiàn)用材及木材特性[J]. ?中國(guó)人造板， ?2017， ?24（08）： ?26 - 29.

[6] 賈東宇， ?黃安民， ?呂斌， ?等. ?地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性測(cè)試與評(píng)價(jià)方法探討[J]. ?中國(guó)人造板， ?2017， ?24（11）： ?14 - 16 + 24.

[7] LY/T 1700-2018， ?地采暖用木質(zhì)地板[S].

[8] SEO J， JEON J， LEE J H， et al. Thermal performance analysis according to wood flooring structure for energy conservation in radiant floor heating systems[J]. Energy & Build - ings， 2011， 43（8）：2 039 - 2 042.

[9] 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（01）： ?62 - 65.

[10] 何毅， ?熊?chē)?guó)兵， ?葉小青， ?等. ?多層復(fù)合實(shí)木地板的熱傳導(dǎo)性能和尺寸穩(wěn)定性[J]. ?南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， ?2006， ?30（4）： ?43 - 46.

[11] CHEN Q， GUO X， Ji F， et al. Effects of Decorative Veneer and Structure on the Thermal Conductivity of Engineered Wood Flooring[J]. Bio resources， 2015， 10（2）： 2 213 - 2 222.

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

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

收稿日期： 2020 - 01 - 30

（責(zé)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