实木复合地板: 关注采暖系统

如今,实木复合地板早已被广泛应用于全球市场。然而,这种地材制品的导热性会影响产品的应用,尤其是在安装了采暖系统的情况下更是如此。事实证明,地板选用的装饰贴面板可发挥巨大的影响力。By Chen Qingqing, Guo Xiaolei, Wang Jie & Cao Pingxiang, Nanjing University, Ji Futang, Shanghai Vorginer Wood Product, and Wang Jun, Dare (Jiangsu) Parquet

 

早在1970年,实木复合地板已经在欧洲得到了广泛的使用。实木复合地板分为多层实木地板和三层实木地板。三层实木复合地板是由三层实木结构交错层压而成,其表层多为名贵优质长年生阔叶硬木,芯层由普通软杂规格木板条组成,底层为旋切单板,树种多用杨木、桦木和松木。多层实木复合地板是以多层胶合板为基材,以规格硬术薄片镶拼板或单板为面板经层压而成。这类地板选用的粘合剂多为脲醛(UF)树脂和三聚氰胺 - 甲醛(MF)树脂经过热压工艺制成。

1999年,美国使用的所有木地板产品中,三分之一为实木复合地板。同时,在欧洲市场,约63.8%比例的木地板为实木复合地板。在中国,随着建筑产业的迅猛发展,木地板的年产量始终保持在5%到20%的增长比率。

2013年,中国木地板的总产量达到了3.97亿平方米。就实木复合地板而言,已经占据了地板市场大约四分之一的份额,其产量高达9,070万平方米。

由于实木复合地板展现出天然的纹理,能够提供精致的舒适度,并且具有良好的稳定性,它在家庭装修和翻新领域的势头愈发兴盛。然而,当被应用在安装了地板辐射采暖系统的环境中,实木复合地板的性能品质便面临了严峻的考验。

地板辐射采暖系统所使用的热能是由流经X-L管道的热水所提供的,X-L管道是安装在水泥砂浆板下方的封闭式电热液体管。采暖系统的控制板由一款中央控制元件和一款内部控制元件构成。通过使用该地板辐射采暖系统,韩国研究者针对地板安装方法对木地板的热传递性能所产生的影响做了一个比较。

研究人员发现,使用了粘合剂的改性实木复合地板,其热传递速度要比强化木地板更快,严格上说,这个温差显示为两摄氏度。

他们还发现,地板的结构、地板每块构件的结构以及地板的形态都会对热传导性产生显著的影响。总之,影响木地板的热传导性的因素有许多,其中包括密度、结构、温度以及木材的含水率等。

为了提高地板的热传导性,研究发现,地板选用的板件应当更纤薄些。此外,人们发现,提高木地板粘合剂的性能有助于改善地板的热传导性。

该项研究致力于找出装饰贴面单板的类型以及实木复合地板的结构对于地板热传导性所产生的影响。改善实木复合地板的热传导性对于节省能源以及提高效率来说是一种重要的手段。当被应用在地板采暖系统的环境时,实木复合地板尤其需要展现出更好的热传导性。

因此,这项研究的目标是为改善应用在采暖系统环境中的实木复合地板的热传导性提供技术支持。本研究所使用的实木复合地板是由坐落在中国江苏省丹阳市的Dare (Jiangsu) Parquet公司提供的。

选用的实大复合地板涵盖三种不同的结构。第一种结构由4毫米厚的装饰面(表层)板、9毫米厚的杨木芯层板以及2毫米厚的杨木背板构成。第二种结构是由4毫米厚的面板(其中包括1.2毫米厚的装饰面板以及三层胶合板的组合)所构成的。第三种类型的地板结构是由1.2毫米厚的装饰面板、7层式的芯层胶合板以及2毫米厚的杨木背板构成的。

据此前进行的一项研究显示,地板的热传递性能取决于材料的厚度。其结果是,所有三种类型的实木复合地板都具有相同的规格:长度为910毫米,宽度为125毫米以及厚度为15毫米。

根据另一项研究显示,木材的横向热传导性会随着木材的密度、温度和含水量的增长而增长。这些试样是选用四种阔叶树种制备的,并且被表示为一种密度函数。因此,四种具有不同密度的木材被选作为这项研究所需的装饰单板。

为了避免水分的影响,所有木材样品的原有含水量都被控制在一定的范围内。该实验是在一个模拟采暖系统的实验室环境中开展的。

在实验室中,一条铜管以狭窄的间距被安装在水泥砂浆中。来自锅炉的热水主要提供给地板盘管,它主要是指地板表面下方的一条XL管道。在水泥砂浆上方覆有一层聚乙烯泡沫。此外,实验室内配置了加湿器,旨在通过喷洒水蒸气来调节房间内的整体湿度。

木地板的热导率使用一款由深圳华盛昌机械实业有限公司(CEM)生产的型号为DT-613的表面热电偶温度计测定。实木复合地板顶部和底部的表面温度使用由该公司生产的NR-81533B型号的探针得到同步测定。

正如早前发现的那样,完美的地板表面温度介于22至38.8℃之间。这项实验是在晚秋开展的,当时,白天的室外温度通常为15℃左右。因此,实验室内的设定温度在35±2℃的范围内。

由于热水从水泥砂浆被传输到实木复合地板的过程中会发生热量流失,热水的温度被设定在40 ± 2℃的水平。起初,每块实木复合地板样品的顶底部的表面初始温度都得到了测定和记录。然后,实验室的温度控制系统被打开,温度被设定在40±2℃的水平。

四或五小时之后,室内温度被升高至所需的温度水平。此外,地板测定到的温度为35.5℃。此后,所有的样品以平面的方向被放置在地面上,地板试样的装饰贴面层朝上。

每款地板试样件的顶部和底部的表面温度每五分钟被测定3次,并且将平均值记录下来。当数值变化太小,以至于无法检测出最终测定的数据与先前数据的差异时,实验便被停止。

地板样品的上表面和下表面的温度随时间的推移而上升。所有不同的装饰贴面板的下表面温度相对比较接近,这是因为温度一般接近于地面的温度。所有样品下表面的平均温度测定为35.3℃。

使用黑胡桃木作为装饰贴面的实木复合地板的温度变动是最小的,其次是使用了桦木贴面的地板。当选用樱桃木作为装饰贴面层时,地板的温度变化是最大的。简单来说,这四种不同的装饰贴面层的热能损失按从小到大的排序依次为:黑胡桃木、桦木、枫木和樱桃木。此外,导热系数是与木材的密度保持正比的。

这四种不同树种打造的装饰贴面的密度排序依次如下:黑胡桃木>桦木>枫木>樱桃木。除此之外,四种装饰贴面板的热传导率排序依次如下:黑胡桃木>桦木>枫木>樱桃木。

 

热传导率与热能损失率是呈反比的。因此,就这四种装饰单板的木材密度而言,其热能损失值的排序为:黑胡桃木>桦木>枫木>樱桃木。

相比较两种不同的装饰贴面板的最终温度,无论其结构如何,结果显示,黑胡桃木打造的实木复合地板的温度最高,而樱桃木打造的地板的温度则最低。另外,温度变化越大,温度上升速度也更快。

因此,装饰贴面板的密度越高,温度变化速率更快,其热传导率也更好。装饰贴面板的密度对于温度上升速度产生的影响比较大。随着密度的增加,分子间的距离会变得更短。

其结果是,热量能够得到更便捷的传递。此外,密度较低的木材的宏观裂缝更大。这些缝隙内充满空气,而空气分子之间的距离也比木材的分子组分更大。较大的距离意味着热传递的速度会变慢。因此,这四种装饰单板的热传递速度的排序依次如下:黑胡桃木>桦木>枫木>樱桃木。

对于由黑胡桃木制成的装饰贴面板而言,结构A的温度变化是最小的;其次是结构B,而C结构的温度变化是最大的。这种趋势也体现在其它三种类型的装饰贴面板中。其结果是,三种地板结构的热损失从小到大依次排序如下:结构A、结构B、结构C。

实木复合地板拥有各种结构,而这些各异的结构也会产生不同的热传导效应。这三种地板结构的表面温度都基于实验室环境温度的升高而升高。在10到20分钟的范围内(在此期间,温度表现出明显的上升趋势),可以发现A结构的温度变化最大,其次是B结构,而C结构的温度变化最小。

在同一时间(5分钟),以黑胡桃木为例来看,结构A、结构B和结构C的温度变化在前5分钟内分别为6.5摄氏度、6.1摄氏度和5.8摄氏度。因此,温度变化大会导致地板最终实现优异的导热性。

事实证明,A结构,即采用大块木板制成的锯切型装饰贴面单板在所有三种结构中展现出最好的导热性能。这可能是因为采用结构A打造的实木复合地板相对来说拥有最紧凑的构造,因而在所有样品都使用了相同的粘合剂的前提下,这一结构的地板板件之间的缝隙很小。

另一方面,这三种地板结构的密度按从大到小的排序依次如下:结构A>结构B>结构C,正如之前提到的,热导率的系数是与木材密度成正比的。因此,这三种地板结构的热导率排序如下:结构A>结构B>结构C。

在前20分钟内(在此期间温度逐渐上升),结构A的表面温度上升最快,其斜率是最大的。同时,结构C的温度上升速度最慢,因为它具有最小的斜率。因此,这三种具有不同结构的实木复合地板的热传导率排序分别如下:结构A>结构B>结构C。

相比较结构相同,但选用的装饰贴面板的树种不同的实木复合地板而言,可以看出,装饰贴面板的密度越大,地板的热传导性能更好,而温度传递速度也更快,最终的热损失也就更少。

另外一方面,装饰贴面层选用锯木的三层实木复合地板展现出最好的热传导性。接着,装饰贴面层选用了厚型木皮和胶合板制成的三层实木复合地板的热传导性排名第二。

然而,多层实木复合地板展现出最差的导热性。简而言之,对于应用在安装了采暖系统的环境中的实木复合地板来说,其装饰贴面板应选用密度较大的锯木来打造。

 

 

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