木质地热地板导热效能影响因素研究

何金存 周志芳 王宏棣

摘要：  为探讨不同结构型式、厚度、密度和含水率的地板对导热效能的影响，揭示影响木质地热地板导热效能的因素及规律，进而为地采暖环境下如何选用木质地热地板提供科学指导，本文通过对5种类型12款地板的导热效能指标进行测试，其结果表明：5种结构型式地板导热效能依次是：浸渍纸层压木质地板>实木地板>三层实木复合地板>多层实木复合地板>框架式实木复合地板;地板导热效能随着地板厚度的增加而降低;地板密度越大导热效能越大;地板导热效能随着含水率的升高而降低。

关键词：  地热地板;  导热效能;  地采暖

中图分类号：   S 781. 3               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2020）02 - 0047 - 04

随着人们对冬季采暖舒适性和功能性需求的提升，地热地板因具有节约空间和节能高效的特点，倍受消费者的青睐[ 1 - 2 ]。随着我国地采暖产业的发展和地板加工技术的飞速进步，地热地板行业发展迅猛[ 3 ]，使各类地热地板产品纷纷上市[ 4 ]。目前，市场上地热地板种类主要有实木地板、实木复合地板和浸渍纸层压木质地板。但是由于地采暖的特殊性，对铺地材料的要求也十分严格，要求地热地板具有耐热性、导热性、尺寸稳定性和环保性能好等特点[ 5 - 6 ]。本文以木质地热地板导热效能为研究对象，以木质地板结构型式、厚度、密度和含水率为考察因素，按照LY/T 1700-  2018《地采暖用木质地板》行业标准中规定，测试不同类型木质地板的导热效能，揭示影响木质地热地板导热效能的因素及规律，进而为地采暖环境下如何选用木质地热地板提供科学指导。

1 试验材料与方法

1. 1 材料及仪器

1. 1. 1 试验材料

浸渍纸层压木质地板（以下简称强化地板）、多层实木复合地板、三层实木复合地板、框架式实木复合地板和实木地板5种类型共计12款地板（表1）。

1. 1. 2 试验仪器设备

千分尺、游标卡尺、天平、干燥箱、干燥器、双工作位地板导热规律分析仪（型号：ACF-180，上海京阁仪器设备有限公司）。

1. 2 厚度尺寸的测量

用千分尺测量地板的四角及地板长边中点且距地板边部20 mm处，取平均值，精确至0.01 mm。

1. 3 密度测定

称量每一试件质量，精确至0.01 g。测量试件的厚度，试件对角线的交叉点作为厚度的测量点，精确至0.01 mm。测量试件长度和宽度，在试件边长的中部测量，精确至0.1 mm。密度按公式（1）计算，精确至0.01 g/cm3。

1. 4 含水率测定

测定含水率时，试件在锯割之后应立即进行称量，精确至0.01 g。然后在温度（103±2） ℃条件下干燥至质量恒定，干燥后的试件应立即置于干燥器内冷却，防止从空气中吸收水分。冷却至室温后称量，精确至0.01 g。前后相隔6 h两次称量所得的试件质量差小于试件质量的0.1%，即视为试件质量恒定。含水率按公式（2）计算，精确至0.1%。

1. 5 导热效能测定

将恒定热能从试件下表面传递至上表面，测试上表面温度达到稳定时的温度值与所用时间的比值[ 7 ]即导热效能。将试件装饰面朝上放置在隔热平台上，上下两腔密闭隔离。工作舱示意图如图1所示，开启测试仪器监控系统，设定测试基准温度20 ℃和加热温度70 ℃。

当试件的上表面达到设定的测试基准温度20 ℃时，测试开始。测试时，下腔升温至设定的加热温度70 ℃，并保持恒定。热能从试件的下表面传递到上表面，每0.25 h记录一次上表面平均温度及时间，温度精确至0.1 ℃，时间精确至0.01 h，至上表面温度达到稳定。

自某一时刻T开始1 h内，所有相邻测试数据间的差值不超过0.3 ℃，则视为T时刻试件上表面温度达到稳定。记录达到稳定时的上表面温度t和所用的时间T。

2 结果和分析

2. 1 不同结构型式地板的厚度、密度、含水率和导热效能

由不同结构型式地板的厚度、密度、含水率及导热效能（表2）可知：强化地板、多层实木复合地板、三层实木复合地板、框架式实木复合地板和实木地板5种类型共计12款地板的厚度、密度、含水率和导热效能各不相同。

2. 2 结构型式与地板导热效能影响关系

选取的12款地板，其结构型式分为5种：即强化地板、多层实木复合地板、三层实木复合地板、框架式实木复合地板和实木地板。为深入考量不同结构型式地热地板的导热效能，本研究选取稳定时间和稳定温度两个指标，来考察地板达到稳定温度所需要的时间和稳定之后地板上表面温度。由不同结构型式地板导热效能（表3）可知： 5种结构型式地板导热效能稳定时间依次是：强化地板<实木地板<三層实木复合地板≈框架式实木复合地板<多层实木复合地板;5种结构型式地板导热效能稳定温度依次是：实木地板<强化地板<框架式实木复合地板<多层实木复合地板<三层实木复合地板。

12款地板的导热效能数据均符合LY/T 1700-2018《地采暖用木质地板》行业标准中≥8 ℃/h的要求。5种结构型式地板导热效能依次是：强化地板>实木地板>三层实木复合地板>多层实木复合地板>框架式实木复合地板。这是因为地热地板的结构不同，其导热系数也有差异。一般情况下，强化木地板0.115 W/（m·K）>实木地板0.112 W/  （m·K）>实木复合地板0.104 W/（m·K）[ 8 ]。导热系数大，热量传导快，稳定时间短。将多层厚度为2～3 mm的单板，用胶粘合纵横交错叠压在一起制成的多层实木复合地板，虽然结构上减小了木材内部应力，使其具有良好的尺寸稳定性，但导热性能较差[ 9 - 10 ]。为提升实木复合地板导热效能，当结构相同时，宜选择树种密度较大的装饰面板;当面板种类相同时，宜采用表板为锯切薄板的三层实木复合地板[ 11 ]。

2. 3 厚度與地板导热效能关系

由厚度与地板导热效能关系（图2）可知：地板导热效能随着厚度的增加而降低。这是因为热量传播方式是呈梯度自下而上辐射，垂直辐射距离越长，热量散发越多;同时辐射距离越长，传播速度也相应越慢。

2. 4 密度与地板导热效能关系

由密度与地板导热效能关系（图3）可知：地板密度越大，导热效能越大。密度大的地板，其内部结构密实，几乎无宏观孔隙，热能传递的速度越快;密度小的地板，其宏观孔隙大，孔隙内填充的空气也多，空气分子间距大，热量传递慢，地板的传热速度也就慢。

2. 5 含水率与地板导热效能关系

由含水率与地板导热效能关系（图4）可知：地板导热效能随着含水率的升高而降低。这是因为：含水率高的地板，孔隙内填充的水分子多，在热量传递过程中，地板中的水分子会吸收一部分热能并储存，因此含水率越高，水分子越多，吸收热量也越多，就会变相减缓热能的传递速率。

3 结 论

3. 15种结构型式地板导热效能依次是：强化地板>实木地板>三层实木复合地板>多层实木复合地板>框架式实木复合地板;地板导热效能随着地板厚度的增加而降低;地板密度越大，导热效能越大;地板导热效能随着含水率的升高而降低。

3. 2 实木复合地板是通过多层材料复合或层积构成的非均质材料，强化地板和实木地板也不属于均质材料，其导热品质特性难以跟踪和预测。导热效能仅能表征其性能的一个方面，不足以完整的表征其全部性能。建议开展地热地板蓄热效能的研究，丰富木质地热地板评价参数。

参考文献

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第1作者简介：  何金存（1984-），  男，  硕士，  副研究员，  研究方向：  木材科学与技术。

通讯作者：  王宏棣（1961-），  男，  博士，  研究员，  研究方向：  木基复合材料。

收稿日期： 2020 - 01 - 30

（责任编辑：   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