南京某最美鄉(xiāng)村建設(shè)項目中一種智能化感應(yīng)地暖地板的設(shè)計創(chuàng)新

孟翔 李燕 蔡彬彬 丁帥

摘?要：本項目以南京某最美鄉(xiāng)村建設(shè)中遇到了當(dāng)?shù)啬芎脑O(shè)限等要求，重點介紹了設(shè)計了一種智能化節(jié)能的感應(yīng)地暖地板與實際應(yīng)用，該技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用體現(xiàn)了新農(nóng)村建設(shè)中建筑裝飾化走向了“節(jié)能型、智能型、環(huán)保型”的方向發(fā)展，改善了建筑裝飾的使用功能，提高了建筑裝飾的智能化、節(jié)能型的性能，安裝速度快，經(jīng)濟(jì)實惠，實際工程應(yīng)用，效果顯著。

關(guān)鍵詞：技術(shù)創(chuàng)新;材料創(chuàng)新;智能化設(shè)計創(chuàng)新

一、項目背景與工程概況

本課題研究位于南京江寧區(qū)某山區(qū)百工坊鄉(xiāng)村建設(shè)項目，主題為南京江寧區(qū)打造的特色小鎮(zhèn)。黨的十六屆五中全會提出了“生產(chǎn)發(fā)展、生活寬裕、鄉(xiāng)風(fēng)文明、村容整潔、管理民主”的建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重大歷史任務(wù)。秉承和發(fā)展了新農(nóng)村建設(shè)“五位一體”的宗旨思路，有效地利用生態(tài)環(huán)境資源，提倡人與自然和諧相處。提倡科技與人文的結(jié)合，打造節(jié)能環(huán)保型的新農(nóng)村建設(shè)項目。打造集手工藝設(shè)計行業(yè)、文化單位、高等院校的教學(xué)實踐基地。突出體現(xiàn)鄉(xiāng)村的生態(tài)節(jié)能型、智能化、互動性的新型特色鄉(xiāng)村建設(shè)的特色文化。

智能化感應(yīng)地暖地板是該項目生態(tài)環(huán)保、智能型的特色創(chuàng)新點，研發(fā)人員仔細(xì)研究了建設(shè)項目的能耗限定，即山區(qū)鄉(xiāng)村電力輸送薄弱、傳統(tǒng)的節(jié)能思想根深蒂固，而一般市場上的地暖地板安裝復(fù)雜、能耗大，村民們的能耗經(jīng)濟(jì)壓力大，造成了周邊的一些鄉(xiāng)村因不符現(xiàn)實的建設(shè)，原住民在冬季不舍打開取暖設(shè)備，迫不得已轉(zhuǎn)而回到原始的煤炭、打柴取暖等污染環(huán)境的惡性循環(huán)現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，背離了建設(shè)節(jié)能生態(tài)型的新農(nóng)村改造意圖。

二、智能化感應(yīng)地暖地板創(chuàng)新特點

（一）地暖地板技術(shù)創(chuàng)新

快裝地暖地板在這一背景下設(shè)計而生，其系統(tǒng)以一種超薄的供暖地板，解決傳統(tǒng)地暖施工繁瑣，供暖與地板分離。成本高，效率低，施工周期長的問題。

采用先進(jìn)的面層處理技術(shù)，有機(jī)的將供暖纖維融合如地板夾層中，實現(xiàn)多種質(zhì)感，滿足您不同的設(shè)計需求。

（二）地暖地板設(shè)計創(chuàng)新

通過手機(jī)或電腦，無線控制，該地板可智能化感應(yīng)人體溫度，進(jìn)行地?zé)岬匕鍦囟日{(diào)節(jié)。以達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。

（三）地暖地板智能化設(shè)計創(chuàng)新

通過貼附在高分子基材上的熱源墊片，當(dāng)人體體重施壓，自動開啟感應(yīng)模式，通過感應(yīng)人體溫度，反饋到熱源纖維層，使發(fā)熱集中在人的主體部分，其他區(qū)域保持溫差恒溫，以此達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。

三、新型高分子基材——硅纖維板材

（一）材質(zhì)的理化特征

硅土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，其化學(xué)成份主要是Si02，含有少量AI203、Fe203、CaO、MgO、K20、Na20、P205和有機(jī)質(zhì)。Si02通常占80%以上，最高可達(dá)94%。優(yōu)質(zhì)硅土的氧化鐵含量一般為1?1.5%，氧化招含置為?3-6%。

硅土的密度為0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度為1-1.5，孔隙率達(dá)80-90%，能吸收其本身重坦1.5-4倍的水，是熱、電、聲的不良導(dǎo)體，熔點1650-1750°C，化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強(qiáng)酸，但能溶于強(qiáng)堿溶液中。

硅土的氧化桂多數(shù)是非晶體，堿中可溶性硅酸含里為50～80%。非晶型Si02加熱到800～1000°C時變?yōu)榫?，堿中可溶性硅酸可減少到20～30%。

制備優(yōu)化

所述的高分子基層為硅纖維板材，硅纖維板為夾芯結(jié)構(gòu)，夾芯結(jié)構(gòu)的芯層由料漿A制成，表層由料漿B制成;料漿B中含有N-Ti02/硅土載銀復(fù)合材料。

料漿A配方：硅土37kg、火山灰13kg、石灰37kg、木質(zhì)纖維7kg、硫酸鈣晶須6kg、羥乙基纖維素0.8kg、水405kg，加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散調(diào)漿。

料漿B配方：硅土37kg、火山灰7kg、石灰37kg、木質(zhì)纖維6kg、凹凸棒石6kg、石英粉6kg、甲基羥乙基纖維素0.8kg、N-Ti02硅藻土載銀復(fù)合材料1.5kg、水410kg加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散調(diào)漿。

（二）材質(zhì)的板材特性

用硅土生產(chǎn)的板材不會散發(fā)出對人體有害的化學(xué)物質(zhì)，還具有改善居住環(huán)境的作用?？梢宰詣诱{(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。硅纖板具有超纖維、多孔質(zhì)等特性，其微細(xì)孔比木炭還要好。板材的超微細(xì)孔在室內(nèi)的濕度上升時能夠自動吸收空氣中的水分.將其儲存起來，如果室內(nèi)空氣中的水分減少濕度下降，板材就能夠?qū)Υ嬖诔⒓?xì)孔中的水分釋放出來.

可以消除異味，保持室內(nèi)清潔。娃纖板中的氧化鈦，能夠長時間消除異味和吸收、分解有害化學(xué)物質(zhì)，并能夠長期保持室內(nèi)墻面消潔，即使家中有長期油煙者，板材也不會發(fā)黃。

將成型的濕硅纖板在室溫下干燥24h后再在150°C、1.0MPa壓力條件下蒸壓養(yǎng)護(hù)16h.

將蒸壓養(yǎng)護(hù)后的硅纖板烘干，切割整理成產(chǎn)品初級的硅纖板.

制備優(yōu)化：（1）將料漿B經(jīng)流漿機(jī)過濾，在料漿B濾餅表面均勻噴淋粘合劑聚乙烯醇，噴淋里為料漿B濾餅質(zhì)量的0.7%，將噴淋有粘合劑的料漿B濾餅輸送至轉(zhuǎn)筒式成型機(jī)，卷疊成型;

（2）卷1層后，流裝機(jī)自動換成過濾料漿A，在得到的料漿A濾餅表面均勻噴淋料漿A濾餅質(zhì)量0.5%的粘合劑聚乙烯醇，疊卷成型;

（3）連續(xù)疊卷成型16層后，流漿機(jī)自動換成過濾料漿B，在得到的料漿B濾餅表面均勻噴淋料漿B濾餅質(zhì)量的0.7%的粘合劑聚乙烯醇，疊卷成型，卷1層后完成整張濕硅纖板的成型。

（三）電子控制芯片板電路結(jié)構(gòu)設(shè)計

如下圖1所示為該智能化感應(yīng)可調(diào)節(jié)溫度薄型地暖地板的電子控制芯片板總體結(jié)構(gòu)圖，該芯片板由熱源感應(yīng)器模塊、微控制器模塊、繼電模塊和WIFI模塊組成。熱源感應(yīng)器可采用能夠感知人體溫度的被動式紅外傳感器，通過該模塊感知地板區(qū)域是否有人在上面，如果有人，則通過微控制器模塊輸出數(shù)字信號，控制繼電模塊，接通交變電流，使得熱源纖維輸出熱量，如果人離開，則通過繼電模塊，斷開交變電流。同步的，通過板載WIFI通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭WIFI，用戶可通過手機(jī)客戶端遠(yuǎn)程打開或關(guān)閉地暖地板系統(tǒng)。微控制器模塊可選用STM32系列32位ARM微控制器（如圖3所示），內(nèi)核是Cortex-M3，最高工作頻率是72MHz，支持單周期乘法和硬件除法功能。WIFI通信模塊采用ESP8266wifi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC（3.3V）、UTXD腳接STM32串行通訊口RXD、URXD腳接STM32串行通訊口TXD、GPIO2和GPIO0腳懸空、CH_PD可以直接接VCC，一般串聯(lián)一個電阻再接VCC。