陶瓷砖与木地板热性能研究

周启东　李亚亚

摘 要：在市场中随机选用陶瓷砖和木地板作为研究对象，建立实验模型，采用实验对比的方法研究地面装修材料的热学性能。结果表明，陶瓷砖比木地板的温度响应更灵敏。

关键词：地暖；地板；热学性能

中图分类号： G642 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-182-2

0 引言

地面辐射供暖工程技术简称为地暖。由于地暖发热均匀、室内形成梯度温差，完全符合人体生理需要，让人感觉非常舒适，还有一定的保健作用，并且地暖的热惯性小，发热迅速，环保清洁，经济节能，安全性高，不会造成传统供暖中存在危及人身安全的漏电、漏水、漏气、热烫爆管等现象，使得地暖越来越受到人们的欢迎。特别是近些年来，随着地暖施工技术的发展，地暖已成为一种主流的采暖方式[1]。但因其本身的复杂工序、各施工队伍的施工工艺和技术水平的限制，以及住户在后期装修地面材料选择上的盲目性等，导致地暖地面在供暖期使用时存在系列问题[2]。本文就住户在装修过程中选用的陶瓷砖和木地板作为研究对象，通过建立实验模型，采用对比试验的办法研究其热性能，为住户选择材料提供经验依据。

1 实验部分

1.1 仪器和材料

仪器：FD-TC-B型导热系数测定仪。加热盘由单片机自适应控制测温传感器组成，读数显示为摄氏度，精度是0.1℃；散热盘测温传感器由另一单片机控制，读数精度也为0.1℃。温控仪和测温仪的显示工作温度在0℃ -100℃之间。恒温控制温度最高可设定为80℃。

材料：瓷砖和木地板（在银川装饰材料市场随机购买），导热硅脂。将瓷砖和木地板加工成直径大约14厘米左右的圆盘。

1.2 实验原理和方法

1.2.1 实验原理

采用热稳态法，为了简化计算，利用导热硅脂来控制样品与加热盘和散热盘之间的热阻。建立地暖供热模型，对模型做假设：

①样品上表面与一个稳定的均匀发热盘（相当于供热热源）充分接触，下表面与一均匀散热盘（相当于室内地表面）相接触。

②因样品的侧面积比上下表面积小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计。同理忽略加热盘侧面的散热。

③忽略样品上（下）表面与加（散）热盘之间的热阻，将加（散）热盘的温度看作样品上（下）表面的温度。

④无内热源。

1.2.2 实验方法

①设定加热盘控制温度为80℃。②加热盘的温度上升到设定温度值时，记录加热盘的温度T1散热盘的温度T2。③停止加热，取走样品，使加热盘和散热盘完全接触，使加热盘的温度在原来温度T2的基础上迅速上升。④移去加热盘，让散热盘在风扇作用下冷却，每隔30秒记录该盘的温度。作散热曲线，计算散热盘的冷却速率。⑤计算比较瓷砖和木地板的导热系数。

2 实验结果与讨论

结合实际地暖供热系统，简化认为样品上表面的温度为热源温度，即T1；样品下表面的温度为室内地表面的温度，即T2。

2.1 热源温度对室内瓷砖地表面温度的影响

所选样品陶瓷砖的厚度h陶=14.50mm，直径d陶=161.00mm，在供暖系统工作过程中，热源的温度平稳上升，最后，慢慢趋近预设定上限温度值。加热前期，陶瓷砖表面的温度变化率较高；加热后期，陶瓷砖表面的温度变化率较低。热源直接给陶瓷砖加热，刚开始阶段，陶瓷砖地表面的温度随热源温度呈低斜率上升；在中间阶段，陶瓷砖地表面温度陡然剧增；在后期阶段，陶瓷砖地表面的温度随热源温度呈高斜率变化。借助Mathmatica软件，剔除掉无效的数据点后，利用插值函数，便可预测热源与陶瓷砖表面之间的温度趋势，为供热系统保障温暖舒适的同时，又能节约资源提供经验预测。

2.2 热源温度对室内木地板地表面温度的影响

对于木地板而言，在热源对木地板供热的过程中，热源温度与时间的关系如图1，木地板表面与时间的关系如图2，木地板表面温度随热源温度的变化关系如图3，木地板表面温度随热源温度的拟合关系如图4所示。

所选样品木地板的厚度h木=12.00mm，直径d木=140.00mm，在供暖系统工作过程中，从图1看出，热媒质的温度在很短的时间内接近预设定温度上限值，此后，便趋于稳定。从图2看出，木地板表面的温度持续稳定上升。从图3看出，热源直接给木地板加热，刚开始阶段，尽管热源温度变化范围很大，但木地板表面的温度变化不明显，直到热源温度接近上限设定值时，木地板表面温度呈迅速上升趋势。借助Mathmatica软件，剔除掉无效的数据点后，在图4中给出了拟合关系，利用插值函数，便可预测热源与木地板表面之间的温度趋势，为供热系统保障温暖舒适的同时，又能节约资源提供经验预测。

2.3 不同地板材料导热能力对供热效果的影响

导热系数是指材料直接传导热量能力的反映。不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时，导热系数较小。一般来说，固体的热导率比液体的大，而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致的。在工程上，材料的导热系数值都是由试验测定出来的。

3 结论

第一，选用陶瓷砖作为地面装修材料，在加热的过程中，对热源温度感应灵敏，且陶瓷砖表面温度随热源温度呈线性变化的趋势比较明显。第二，选用木地板作为地面装修材料，在前期加热过程中，虽然其表面的温度随热源的温度呈线性变化，但变化率低。因此，在供热过程中，热起来的速度就慢一点。第三，从热性能角度来看，陶瓷砖比木地板的导热能力强，在冬季供暖期，当热源温度相同的条件下，陶瓷砖装修的室内温度较容易达到人体感觉的舒服温度，而木地板就相对缓慢一点，但木地板的室内降温就相对慢。

参考文献

[1] 王超.浅谈地暖施工及材料性能的比较[J].中国新技术新产品，2014（9）：124.

[2] 戴桂梅.地暖地面质通病原因分析与预防措施[J].建筑工人，2016（1）：14-15.