南京某最美乡村建设项目中一种智能化感应地暖地板的设计创新

孟翔 李燕 蔡彬彬 丁帅

摘 要：本项目以南京某最美乡村建设中遇到了当地能耗设限等要求，重点介绍了设计了一种智能化节能的感应地暖地板与实际应用，该技术的创新与应用体现了新农村建设中建筑装饰化走向了“节能型、智能型、环保型”的方向发展，改善了建筑装饰的使用功能，提高了建筑装饰的智能化、节能型的性能，安装速度快，经济实惠，实际工程应用，效果显著。

关键词：技术创新;材料创新;智能化设计创新

一、项目背景与工程概况

本课题研究位于南京江宁区某山区百工坊乡村建设项目，主题为南京江宁区打造的特色小镇。党的十六届五中全會提出了“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民主”的建设社会主义新农村的重大历史任务。秉承和发展了新农村建设“五位一体”的宗旨思路，有效地利用生态环境资源，提倡人与自然和谐相处。提倡科技与人文的结合，打造节能环保型的新农村建设项目。打造集手工艺设计行业、文化单位、高等院校的教学实践基地。突出体现乡村的生态节能型、智能化、互动性的新型特色乡村建设的特色文化。

智能化感应地暖地板是该项目生态环保、智能型的特色创新点，研发人员仔细研究了建设项目的能耗限定，即山区乡村电力输送薄弱、传统的节能思想根深蒂固，而一般市场上的地暖地板安装复杂、能耗大，村民们的能耗经济压力大，造成了周边的一些乡村因不符现实的建设，原住民在冬季不舍打开取暖设备，迫不得已转而回到原始的煤炭、打柴取暖等污染环境的恶性循环现象，严重破坏了当地的生态环境，背离了建设节能生态型的新农村改造意图。

二、智能化感应地暖地板创新特点

（一）地暖地板技术创新

快装地暖地板在这一背景下设计而生，其系统以一种超薄的供暖地板，解决传统地暖施工繁琐，供暖与地板分离。成本高，效率低，施工周期长的问题。

采用先进的面层处理技术，有机的将供暖纤维融合如地板夹层中，实现多种质感，满足您不同的设计需求。

（二）地暖地板设计创新

通过手机或电脑，无线控制，该地板可智能化感应人体温度，进行地热地板温度调节。以达到能耗集中利用与节约的作用。

（三）地暖地板智能化设计创新

通过贴附在高分子基材上的热源垫片，当人体体重施压，自动开启感应模式，通过感应人体温度，反馈到热源纤维层，使发热集中在人的主体部分，其他区域保持温差恒温，以此达到能耗集中利用与节约的作用。

三、新型高分子基材——硅纤维板材

（一）材质的理化特征

硅土是一种生物成因的硅质沉积岩，其化学成份主要是Si02，含有少量AI203、Fe203、CaO、MgO、K20、Na20、P205和有机质。Si02通常占80%以上，最高可达94%。优质硅土的氧化铁含量一般为1?1.5%，氧化招含置为 3-6%。

硅土的密度为0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度为1-1.5，孔隙率达80-90%，能吸收其本身重坦1.5-4倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点1650-1750°C，化学稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但能溶于强碱溶液中。

硅土的氧化桂多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含里为50～80%。非晶型Si02加热到800～1000°C时变为晶型，碱中可溶性硅酸可减少到20～30%。

制备优化

所述的高分子基层为硅纤维板材，硅纤维板为夹芯结构，夹芯结构的芯层由料浆A制成，表层由料浆B制成;料浆B中含有N-Ti02/硅土载银复合材料。

料浆A配方：硅土37kg、火山灰13kg、石灰37kg、木质纤维7kg、硫酸钙晶须6kg、羟乙基纤维素0.8kg、水405kg，加入搅拌机中进行分散调浆。

料浆B配方：硅土37kg、火山灰7kg、石灰37kg、木质纤维6kg、凹凸棒石6kg、石英粉6kg、甲基羟乙基纤维素0.8kg、N-Ti02硅藻土载银复合材料1.5kg、水410kg加入搅拌机中进行分散调浆。

（二）材质的板材特性

用硅土生产的板材不会散发出对人体有害的化学物质，还具有改善居住环境的作用。可以自动调节室内湿度。硅纤板具有超纤维、多孔质等特性，其微细孔比木炭还要好。板材的超微细孔在室内的湿度上升时能够自动吸收空气中的水分.将其储存起来，如果室内空气中的水分减少湿度下降，板材就能够将储存在超微细孔中的水分释放出来.

可以消除异味，保持室内清洁。娃纤板中的氧化钛，能够长时间消除异味和吸收、分解有害化学物质，并能够长期保持室内墙面消洁，即使家中有长期油烟者，板材也不会发黄。

将成型的湿硅纤板在室温下干燥24h后再在150°C、1.0MPa压力条件下蒸压养护16h.

将蒸压养护后的硅纤板烘干，切割整理成产品初级的硅纤板.

制备优化：（1）将料浆B经流浆机过滤，在料浆B滤饼表面均匀喷淋粘合剂聚乙烯醇，喷淋里为料浆B滤饼质量的0.7%，将喷淋有粘合剂的料浆B滤饼输送至转筒式成型机，卷叠成型;

（2）卷1层后，流装机自动换成过滤料浆A，在得到的料浆A滤饼表面均匀喷淋料浆A滤饼质量0.5%的粘合剂聚乙烯醇，叠卷成型;

（3）连续叠卷成型16层后，流浆机自动换成过滤料浆B，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋料浆B滤饼质量的0.7%的粘合剂聚乙烯醇，叠卷成型，卷1层后完成整张湿硅纤板的成型。

（三）电子控制芯片板电路结构设计

如下图1所示为该智能化感应可调节温度薄型地暖地板的电子控制芯片板总体结构图，该芯片板由热源感应器模块、微控制器模块、继电模块和WIFI模块组成。热源感应器可采用能够感知人体温度的被动式红外传感器，通过该模块感知地板区域是否有人在上面，如果有人，则通过微控制器模块输出数字信号，控制继电模块，接通交变电流，使得热源纤维输出热量，如果人离开，则通过继电模块，断开交变电流。同步的，通过板载WIFI通信模块将该电子控制芯片板可连接到家庭WIFI，用户可通过手机客户端远程打开或关闭地暖地板系统。微控制器模块可选用STM32系列32位ARM微控制器（如图3所示），内核是Cortex-M3，最高工作频率是72MHz，支持单周期乘法和硬件除法功能。WIFI通信模块采用ESP8266wifi通信芯片，GND脚接地、GPIO16连接VCC（3.3V）、UTXD脚接STM32串行通讯口RXD、URXD脚接STM32串行通讯口TXD、GPIO2和GPIO0脚悬空、CH_PD可以直接接VCC，一般串联一个电阻再接VCC。