装饰面板及地板结构对实木复合地板导热性能的影响

对房间里地板采暖系统进行测试,其结果表明,地板采暖系统运作的好坏不仅取决于装饰面板的种类,也与地板结构相关。——陈庆庆,郭晓磊,王洁,曹平祥,南京林业大学材料科学与工程学院

 

实木复合地板是实木地板优秀的替代品。通常地板都需要加热,而实木复合地板需要在最短的时间内达到温度要求。因此,提升其导热性能是提高效率和节约能源的重要方式。这项研究对4种树种的面板和3种不同结构的实木复合地板进行测试分析。( 本次研究所采用的试验材料均为实木复合地板)将所有的试件放置在采暖环境模拟实验室里,每隔5 分钟测量一次试件上下表面的温度并记录,每个试件重复测量3次。通过这项研究结果可以了解提升实木复合地板导热性能的方法。

 

材料

进行测试的实木复合地板的结构类型分为(A)(B)(C)三种结构形式。其中,结构A由4 毫米厚的装饰面板、9 毫米厚杨木拼板的芯板和2 毫米厚的杨木背板组成,结构B为1.2 毫米厚装饰面板与三层胶合板基材组成4 毫米厚的面板、9 毫米厚杨木拼板的芯板和2 毫米厚杨木背板组成。结构C由1.2 毫米厚装饰面板,7层胶合板芯板和2 毫米厚杨木背板组成。

根据Seo等人进行的一项研究表明,地板的热传递性能取决于所使用的材料的厚度。木材的横纹导热性能随着其密度、温度和含水率的上升而上升。以上三种结构形式的实木复合地板都具有相同的尺寸:长度为910毫米,宽度为125毫米、厚度为15毫米。本次研究选择四种不同密度的硬木作为装饰单板。为了避免木材的含水率对研究结果产生影响,将所有试件的初始含水率控制在一定的范围之内。

 

方法

本实验在地热采暖环境模拟实验室进行,该实验室采用了意大利傲时公司制造的干燥系统,其型号为DKC18。在实验室的水泥砂浆地上装有管道间距狭窄的铜管。在地板表面的下方有一个X-L型的管道,与地板上的管道连接成一个圈,使用热水器将热水通过这个圈传到试件地板中。在水泥砂浆地面上覆盖着一层聚乙烯泡沫。同时,该实验室还配备了一个湿度调节器,通过在房间内喷洒水蒸气进行湿度调节。

 

导热性能的测量

通过使用表面热电偶温度计(其品牌为CEM华盛昌,货号为DT-613)对地板试件的导热性能进行测量。同时,使用CEM(华盛昌)的NR-81533B型表面热电偶温度探头测量试件的上下表面温度。

 

实验规划

Kang等人在研究的过程中发现,地板表面温度的最佳范围为22.0°C到38.8 °C。这项实验是在晚秋时进行的,白天的室外温度通常为15°C。因此,在实验过程中将实验室的温度设定为35 ± 2 °C。在热水经过水泥砂浆传到实木复合地板的过程中,考虑到热量会有所损失,将热水的温度设定为40 ± 2 °C。

 

首先,测量并记录好每个实木复合地板试件上下表面的初始温度。其次,激活实验室里的温度控制系统,并将温度设定为40 ± 2 °C。经过四到五个小时后,室内温度上升到所需的温度。当室内温度达到35.5 °C时,再一次测量并记录实木复合地板的温度。然后,将所有的试件放置在平坦的地面上,并将装饰面板朝上。每隔5 分钟测量一次试件上下表面的温度,每个试件重复测量3次,并记录好平均值。当我们把最终的测量数据与之间的数据对比后发现变化太小以致于难以发现差距的时候,则停止实验。

 

实验的结果和分析

装饰面板的种类对实木复合地板导热性能的影响分析

每种实木复合地板的装饰面板各不相同,分为以下四类:东部黑胡桃木、桦木、枫木和樱桃木。每个地板试件的初始温度值(标记为Tp)、上表面最终温度值(标记为Tf.up)、下表面最终温度值(标记为Tf.lower)、下表面最终温度值的平均值(标记为Tf.lower.avg)、上表面最终温度值与下表面最终温度平均值之间的变化值(标记为Tv)。

测试结果显示,所有试件上下表面的温度值随时间的增加而上升。不同结构的试件,其下表面温度值也相对比较接近。所有试件下表面温度的平均值为35.3 °C。东部黑胡桃木作为装饰面板的实木复合地板温度变化最小,而樱桃木温度变化最大。将四种木材的热损失量从小到大依次排列,如下所示:东部黑胡桃木、桦木、枫木和樱桃木。四种木材的导热性能排列顺序如下:东部黑胡桃木>桦木>枫木>樱桃木。因此,木材的导热性能与热损失量成反比,与木材的密度成正比。

比较四种装饰面板的下表面最终温度值后发现,无论木材的结构如何,东部黑核桃木的温度值最高,而樱桃木的温度值最低。温度的变化越大,温度升高的速度越快。木材的密度值越高,温度变化的速度越快,导热性能也越好。这是因为分子之间的间距变小,密度上升,从而更容易传热。根据一些研究指出,东部黑核桃木传热速度最快,其次分别是桦木、枫木和樱桃木。

 

地板结构的影响

以东部黑核桃木为例,根据实验记录,结构A的温度变化最小,而结构C的温度变化最大。其它三种装饰面板的温度变化趋势也相似。因此,结构A损失的热量最少,其次是结构B,然后是结构C。

每个试件三种地板结构的上表面温度变化显示,在10分钟到20分钟之间(在此期间温度值呈明显的上升趋势),结构A的温度变化最大,其次是结构B,然后是结构C。温度的变化值越大说明木材的导热性能越好。因此,在这三种结构中,结构A的导热性能最好,也许是因为用于每个试件结构A的胶粘剂是相同的,层与层之间的间隙很小,将热传递过程中损失的热量最小化。结构A的密度最大,接着是结构B和结构C。结构A的导热性能最强,结构C的导热性能最弱,这与木材的导热性能与密度成正比的规律相符合。如图5所示,从20分钟起,四种木材中结构A的温度上升得更快,同时,结构C的温度上升得最慢。

 

结论

1.将相同结构、不同种装饰面板的实木复合地板进行比较后发现,木材(装饰面板)的密度越高,其导热性能越好,在热传递的过程中损失的热量越少。

2.将同种装饰面板、但结构不同的实木复合地板进行比较后发现,其结构也对导热性能产生影响。在三种结构中,结构A的导热性能最好,而结构C的导热性能最弱。

 

3.对装饰面板的种类和结构进行测试后的结果表明,实木复合地板中的结构A及东部黑核桃木,对于想要安装地板采暖系统的人而言是最佳选择。

 

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