制热地板

制热地板

木质地板
制热地板,英文为Heatingfloor,又称采暖地板,是以木质地板为载体,将地面作为散热器,通过地板内置的热媒,用电能进行自主制热,均匀加热地板以及远红外低温热辐射的方式,由下至上进行热传导达到取暖的目的。[1]区别于传统概念的地暖地板,地暖地板本身不能制热,主要是用于铺设了水暖管道、电热线缆、电暖片的地面装饰及被动导热。
  • 中文名:制热地板
  • 外文名:Heating floor
  • 所属品牌:
  • 别名:采暖地板
  • 技术原理:碳纤维低温辐射发热原理
  • 载体:木质地板

发展历史

地面辐射供暖(简称地暖)是一项既古老又崭新的技术。在中国地面采暖可追溯到明朝末年,为皇宫王室才能拥有的取暖方式,如现存中国的故宫,在青砖地面下砌好烟道,冬天通过烟道传烟并合理配置出烟窗以达到把青砖温热而后传到室内,使室内产生温暖的效果。以后中国北方农村出现火墙、火炕的取暖方式,韩国、日本出现地炕。从古至今,人类不断传承文明,开拓创新,发展进步。随着科技时代的到来,地面供暖技术已从原始的烟道散热火炕式采暖发展成为以现代材料为热媒的地面辐射供暖。该技术早在上世纪30年代就在发达国家开始应用,中国在50年代就已将技术应用于人民大会堂、华侨饭店等工程中。

进入60年代,欧美国家开始采用电能发热材料上敷设水泥层、然后铺设木质地板方式的地面采暖,经过多年发展,到20世纪末期已经比较成熟,取代了水暖采暖,是主流的地暖采暖方式,其中主要以发热电缆、电热膜方式为主。

21世纪初期,随着碳纤维材料及技术的快速发展,使用使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域,碳纤维制热产品迅速成为主流。

2000年,中国采用湿法纺丝技术生产碳纤维成功,国产碳纤维开始小批量生产。

2005年碳纤维项目被批准为国家重大基础研究项目(九七三项目),由此拉开了在地暖及采暖领域运用碳纤维发热的序幕,碳纤维发热产品,碳纤维采暖产品,碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。

2006年,我国在短纤碳纤维运用技术上获得突破,以短切碳纤维作为运用技术的相应产品开始出现。

2007-2011年,我国研发出将短纤碳纤维与木浆纸结合的技术,在小范围内展开了实验性运用。但受制于生产能力及运用技术限制,在发展最快的地面装饰材料行业,我国众多企业仿制进口电热膜技术,运用碳纤维开发出外置式发热产品,并与地板、地砖等产品结合,称之为碳晶地暖板/片、碳晶发热板、碳纤维发热丝等等。

由于技术的不成熟,已经成为世界最大木质地板生产国的中国,依然少有大型企业开发此类产品。2011年底,受国家政策推动,以及我国南方冬季供暖市场需求的影响,由我国企业研发的内置式发热地板开始出现在市场上,基本原理是将电热膜中的碳晶发热油墨移植到环氧树脂夹层中,然后在强化复合地板中以夹层方式进行组合,称为自热地板、暖芯地板、发热地板等。这类产品解决了南方分户式采暖的部分功能需求。

2012年,利用长纤碳纤维丝作为发热材料与木质地板结合的产品出现,采取了实木地板中心穿孔引线、强化复合地板底部开槽布线、多层实木地板中心开槽布线等方式,这类技术大幅提高了制热木质地板的安装效率,并降低了产品厚度,与传统的水暖产品相比在使用、铺装、装饰效果上有着明显优势。

但上述技术大多不是由熟悉木质地板生产的企业所开发,在木质地板的生产、运输、安装、使用、售后等方面存在不足,与木质地板的物理特性存在隐患与冲突,还未能成为市场主流。而强化复合地板、实木地板、多层实木地板是主要的家庭地面装饰材料,与木质地板的有效结合是地板采暖技术发展的必然趋势,同时也是最有效方式。

同年,我国碳纤维运用技术获得突破,通过微小碳素片深加工提炼出≤1um的碳微晶结构体,并多种材料中组合运用,包括在木质纤维中的融合。

2013年1月,中央电视台1月8日就南方冬季采暖问题所进行的专题新闻报道,再次引起热议,随后国家从政策层面给出了引导,在南方集中供暖将在有条件地区实行,重点推行分户式采暖解决南方冬季采暖问题。

2013年3月,美多科技研发团队首次成功将碳纤维微晶结构完整的融入到木质纤维中,并形成均匀分布的网状结构,所产生的具有极高稳定性的特种发热木质板材实现了工业化生产。

2013年5月,第一张碳纤维木质复合地板基材试生产成功,并进行了制热试验。

2013年6月,第一片以碳纤维为热媒的强化复合制热地板生产下线。

2013年7月,三层实木、多层实木制热地板制造技术试生产成功。

2013年9月,美多科技开始推出真正意义上的制热地板——美多制热地板。

技术原理

碳纤维低温辐射发热原理

碳纤维分子团在电场作用下作“布郎运动“,分子团间相互摩擦、震荡,由此产生大量的热能释放,产生的热能以远红外辐射和对流的形式对外传递,从而实现“电能→热能”的转换。大量实验数据证实,碳纤维发热板的”电---热“转换效率达到了99%以上。是至今为止发现的“电---热”转换效率最高的材料。

发射辐射能是各类物质的固有特性,物质是由分子、原子、电子等基本粒子所组成,当原子内部的电子受激和振动时,产生交替变化的电场和磁场,发出电磁波向空间传播,这就是辐射,由于激发的方法不同,所产生的电磁波波长就不相同,它们投射到物体上产生的效应也不同。如果由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播,就称热辐射。通常把波长λ=0.1~100μm的电磁波称为热辐射线,其中包括可见光,部分紫外线和红外线,它们投射到物体上能产生热效应。

家庭采暖的热辐射主要是红外辐射,辐射换热与导热、对流换热不同,它不依靠物质的接触而进行热量传递,如阳光能够穿越辽阔的太空向地面辐射,导热和对流换热都必须由冷、热物体直接接触或通过中间介质接触才能进行。辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化,即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去,当此波能射及另一物体表面而被吸收时,电磁波能又转化为内能。

一切物体只要其温度T>0K,都在不断的发射热射线,当物体间有温差时,高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐给高温物体的能量,因此总结果是高温物体将能量传给低温物体,即使各物体的温度相同,辐射换热仍在不断进行,只是每一物体辐射出去的能量等于吸收的能量,从而处于动平衡状态。

电采暖系统通电后,热量就会主要以辐射热的形式进入房间,使人体和物体首先得到温暖。低温辐射电采暖在全球已有超过一亿平方米的用户采用该方式加热供暖。

碳纤维发热原理技术运用

1、短纤碳纤维

又称短切碳纤维或碳纤维短切丝,是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成,长度一般以mm为单位,其基本性能主要取决于其原料——碳纤维长丝的性能。由于外形为一定长度的绒须,较长丝而言,短纤维在工业使用中具有分散均匀,喂料方式多样,工艺简单的优点,所以可以应用于长丝所不能适合的领域。

碳纤维短切丝具有轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、屏蔽性能好、吸波性高等特点,主要应用于军工、航空航天等高科技领域。

短切碳纤维在制热地板领域的主要应用形式:

油墨电热芯片,与电热膜类似,由可导电的特制油墨、金属载流条经加工、热压在绝缘聚酯薄膜间或聚酯片间制成,导电油墨的成分主要包括导电材料(金属粉体,金属氧化物,非金属和其他复合粉体),连结料(主要有合成树脂,光敏树脂,低熔点有机玻璃等),溶剂(主要有芳烃,醇,酮,酯,醇醚等)和助剂(主要有分散剂,调节剂,增稠剂,增塑剂,润滑剂,抑制剂等)。

将油墨电热芯片植入木质地板夹层中,即形成内置式电热地板,又称暖芯地板、自发热地板,运用及使用方式与电热膜类似。

2、长纤碳纤维

又称长丝碳纤维,是由碳纤维长丝组成,比较短纤碳纤维成本略高一些,产品抗拉强度强,耐腐蚀,耐酸碱,不燃烧,耐氧化。相对金属发热导线,有电磁辐射小、环保节能、热效率高等优势。

长纤碳纤维在制热地板领域的主要应用形式:

碳纤维发热线,使用长纤碳纤维作为基材,基材之外分别采用了4层绝缘材料进行了防护,由外到内为聚氟乙烯护套,F46氟塑料层,硅胶防水耐温层。分别由绝缘层和防护套组成,通电后发热,并在40°C-60°C的温度间运行,埋没在填充层内的发热电缆,将热能通过热传导(对流)的方式和辐射远红外(4-17μm)方式给受热体。

目前常见的碳纤维发热线运用,如汽车、航空加热,家用地暖采暖加热等,通过直接埋设的方式使用,需要填充层。目前市场上出现了将发热线直接运用于木质地板的方式。

3、纳米碳纤维

纳米碳纤维(Carbonnanofibers,CNFs),是直径为50∼200nm,长径比为100∼500的新型碳材料。它填补了常规碳纤维(直径为7∼10µm)和单壁碳纳米管(SWNTs)(直径约为1nm)及多壁碳纳米管(MWNTs)(直径为1∼50nm)尺寸上的缺口,具有较高的强度、模量、长径比、热稳定性、化学活性、导电性导热性高等特点。

在复合材料(包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等)、门控场发射器件、电化学探针、超电容、催化剂载体、过滤材料等领域都有广阔应用前景。

纳米碳纤维在制热地板领域的主要应用形式:

目前只要是通过用木浆作为载体,制造出制热芯材,分为短纤碳纤维芯材和纳米碳分子团特种木质板两种,纳米级特种木质板制造技术目前仅有美多制热地板等几家企业掌握。

质量检测及安装检测

安全核心

区别于普通木质地板,制热地板内置了制热芯材以及连接电器件,因此制热地板除与普通地板有相同的生产、检测、质量标准外,还有电器性能检测标准。

制热地板的使用安全必须通过均匀制热、防水绝缘、防火阻燃、漏电保护四大核心技术进行保障,并且所有生产工序、安装过程可重复检测。

质检标准

木地板相关标准:

《实木地板技术要求》GB/T15036.1-2009

《浸渍纸层压木质地板》GB/T18102-2007

《实木复合地板》GB/T18103-2000

《浸渍纸层压板饰面多层实木复合地板》GB/T24507-2009

《地采暖用木质地板》LY/T1700-2007

《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》GB18580

电器类相关标准:

《红外辐射加热器试验方法》GB/T7287-2008

《外壳防护等级》GB4208

《家用和类似用途电自动控制器第1部分:通用要求》GB14536.1

《家用和类似用途电自动控制器温度敏感控制器的特殊要求》GB14536.10

《额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》GB/T20841-2007

《低温辐射电热膜》(JG/T286-2010)

建筑类相关标准:

《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624

《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》GB20286

《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003

《民用建筑电气设计规范》JGJI6-2008

《地面辐射供暖技术规程》JGJI42-2004

《辐射供暖供冷技术规程》JGJ142-2012

质检项目

制热地板的生产工序远比普通木地板生产繁杂,参考目前美多制热地板的流水线生产工序,完成整个过程需要170个工序,其中有39个质检项目节点,其中包括“高温耐压测试、超高电压击穿测试、热成像仪发热测试、X光机检测“等等。

质检设备

主要设备:X光可视检测仪、红外热成像仪、耐电压测试仪、高低温交变湿热试验箱、高低温冲击试验箱、紫外光耐气候试验箱、疝氙灯老化试验箱、防水试验箱、甲醛试验箱等。

安装检测方式及设备

制热地板的安装相对简单,而安装检测设备只需要万用表、低压电感应笔、红外热成像仪即可。

红外热成像仪:运用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备。对于因遮蔽而无法直接看到的部分,则可以根据其热量传导到外面的部件上的情况,来发现隐患。以保证制热地板均匀制热,不存在热隐患,同时在安装完毕检测时可清楚的看到制热地板的整体工作情况,检测是否有漏接未接、未通电未发热的产品,保障安装品质。

提示:制热地板是面状制热,合格的产品制热均匀,不允许出现局部过热或不均匀情况出现,而测温枪是点状测温,只能显示检测点上的温度,不能全面显示制热面的发热情况,因此不能使用简易的医用或工业用测温枪进行检测。

铺设方法及注意事项

制热地板的铺装,随着工业设计的优化,目前已经简化,与强化复合地板安装方式一致,可以做到轻松安装,具体安装方式分为悬浮式安装、龙骨架安装、保温层安装三种,具体要点如下:

悬浮式安装

在已找平的毛地坪上铺设珍珠棉地垫(厚度2-3mm),然后直接铺设制热地板,安装时注意温控器安装位置,预留程控线缆位置。安装时注意集成线缆插头需插紧。此类方式目前仅限自身集成保温材料的制热地板,比如美多第二代集成制热地板。

保温层安装

在毛地坪上铺设防潮膜,然后铺设厚度2-125px的保温层,一般采用聚乙烯胺材料制作的地垫宝(又称XPS挤塑板,B1级阻燃,密度大于30kg/m3),在保温层上铺设强化复合制热地板或多层实木制热地板,此方式适合目前大部分种类的制热地板。

龙骨架安装

在毛地坪上架设木龙方,在木龙方间隙铺设2-100px保温层,可采用聚乙烯胺材料制作的地垫宝(又称XPS挤塑板,B1级阻燃,密度大于30kg/m3),或者聚氨酯保温棉。以木龙方为基础铺设制热地板,此方式可适用多种木质制热地板的铺装。

注意事项

制热地板的铺设,重点是注意预先规划电源及温控器位置,以方便操作,避开门窗位置为宜。制热地板的安装虽然简单,但仍然需要由经过培训的专业安装人员进行,美多制热地板安装后需要使用热成像仪进行检测,可以大面积整体检测制热效果以及确认制热是否均匀,不能使用测温枪进行点状测温。

使用方式及保养

程序设置

制热地板最大优点是即开即用,人离即停,能源损耗低,其开关使用均采用温控器进行控制,市场常见温控一般都采取5+2或多组程序记忆功能,能实现分时分区控制,并且设置比较简单,针对家庭使用,按照不同时间段的使用需求可随意设置开关时间、使用温度、使用区域等,一次设置即可长期自动执行,无需来回调整。

日常使用

制热地板日常使用简单,经过程序设置的温控器,仅需一个开关按键操作即可实现开光操作,温控器在程序运行期间可自动执行,无需人工操作也可以实现自动开关控制,且温控器待机能耗极小,一般只有几个毫瓦。在温控器程序执行中,可以根据需要临时对温度进行提升或降低。

日常保养

制热地板是地暖地板二合一的产品,特别是强化复合制热地板,日常几乎不需要保养打理,正常打扫卫生时,拖地拖把尽量把水拧干,其他无特殊要求。而多层实木地板和三层实木地板的使用保养,由于实木的特性需要进行一定的养护。

制热地板的温控器是关键器件,在非制热季节一般建议断电。在制热季节来临前通知产品生产厂家进行使用前检测和维护。

节能知识

1、按照国家相关室内采暖的规范以及实践运用数据,室内温度控制在18℃时,制热地板的整体能耗是最低的。

2、做好室内外保温设计是节能的关键因素,特别是我国南方地区,在建筑结构上相对北方的保温做的不够。

3、尽量合理的设置室内取暖区域,根据起居习惯调控取暖时间段。

特点

快速升温制热地板启动后,一般5-15分钟就可提升地板温度,平均30分钟左右就能提高室内温度。相对水暖漫长的升温时间,使用方便。

分户采暖制热地板采取电热形式,可以根据家庭为单位进行采暖设置,并可以做到室内的分区分房采暖,有效节约能源。无需按照水暖方式进行全房升温。

分时分区根据使用习惯的不同可以进行不同时间段、不同使用区域的分时分区取暖控制。并且做到人离可停,远比水暖节约能源。

安装简单制热地板的安装简单,与普通木地板安装方式一致,且内置型制热地板只需一道安装工序即可实现地暖安装,真正做到即铺即用。

新房首选地暖地板二合一,新房装修首选,一步到位。

改造方便制热地板的一体化设计大幅度降低了对房屋改造以及房屋层高的限制,特别适合老房采暖加装和改造。

维护方便如因意外造成制热地板损坏,可以进行快速维修更换,哪里坏换哪里,不影响整体采暖,更无需大拆大动。

寿命超长制热地板的热媒使用寿命超过10万小时,使用年限与建筑寿命接近。

科技保健制热地板所发射的远红外波是对人体有益的波段,能起到一定的保健功能。

远红外功能

制热地板是低温热辐射发热,碳纤维工作中80%的热能是通过5-16um波长的远红外辐射作用于人体,因此远红外线的保健功能是制热地板的一大特点。

远红外线是太阳光的一部分,通常我们用肉眼所能看到的光波为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色,其波长为0.4-0.75微米称为可见光,而超过此范围无法让人类肉眼看见的从0.75-1000微米的光波为红外线,称为不可见光。红外线又分为近、中、远红外线。“远红外线”中,对人体最有益的是5-15微米的光波(根据美国医疗协会1981年8月7日的报导指出,人体可发出波长最高为9.6微米的能量),我们称之为“生命之光”。这种“生命之光”对生物的生育有密切的关系。

因构成生物有机种的细胞,其主要分子为水及高分子化合物。生命之光能使水分子集团因缩小而活性化,因其频率与细胞体构成之分子、原子间的运动频率一致时,其能量即被生物细胞所吸收,造成共鸣、共振,使分子内的震动加大,活化组织细胞使血性良好,促使血液循环,并加速供给养分和酵素增进新陈代谢,加强免疫力外,亦有防臭、干燥、除湿、抗菌等效果。

1、放射性:与光线一样,不需要借由空气或其他媒介接触,而以辐射的方式传导能量。

2、渗透性:具强烈的渗透性,能深入皮下组织,从内部温暖身体,给予生物细胞活力。

3、共振吸收:与物质分子的原子和原子间的振动频率几乎在同一范围;当物质接近远红外线时,原子间的振动会变得越激烈,原子间因激烈振动而产生的能量部分转为热能流失掉,部分转为“活化性能量”能使人体各部的技能更加活络,这就是“共振吸收”。

远红外线为身体有什么好处?

1、令水分子活性化,提高身体的含氧量

人体约70%是水分.血液的水分比率更高达80%若血气不足,血液中的水分子便集结成惰性水(即四个氢分子和一个氧分子结合),不能通过细胞膜。远红外线能使水分子产生共振,变成独立水分子(即两个氢分于和一个氧分子结合),提高身体的含氧量,细胞因而能恢复活力,精神更畅旺、头脑更灵活.进而能提高抗病能力,延缓衰老。

2、改善微循环系统

独立水分子可自由出入细胞之间,再透过共鸣共振,转化为热能,令皮下深层的温度微升,血流速度加快,微丝血管扩张;微丝血管开放愈多,心脏的压力便可减少,微丝血管的功能是向人体60兆个细胞供应氧气和营养,同时将新陈代谢产生的废物排出体外。若微循环系统出现毛病,会导致多种毛病,包括高血压、心血管疾病、肿瘤、关节炎、四肢冰冷麻痹等。成年人微丝血管的总长度可围绕地球三周,被称为人体的第二个心脏,可见其重要。

3、促进新陈代谢

微循环系统若得到改善,新陈代谢产生的废物便可迅速排出体外,减轻肝脏及肾脏的负担。这些废物包括引致癌症的重金属:引致疲劳及老化的乳酸、游离脂肪酸和皮下脂肪;引致高血压的钠离子,以及引致疼痛的尿酸。

4、平衡身体的酸碱度

远红外线能净化血液,改善皮肤质素、预防因尿酸过高而引致骨络关节疼痛。

远红外的温热效应可加速血液循环,改善脑组织微循环状况,使脑细胞得到充分的氧气、养料、,加强新陈代谢,使大脑皮层失衡状况得以改变,加深抑制过程,起到镇静、安眠作用。

常见问题

1、制热地板铺装成本高不高?

制热地板大多采取集成结构,地暖地板二合一,铺装地板后就获得了地暖功能,因此相对水暖管道在铺装后再铺装地板,成本上要低,并且选择灵活,安装快捷。

2、制热地板使用成本如何?

制热地板在使用中,能够采取分时分区控温,即开即用,人离即停,没有空置能耗,远比传统采暖与空调取暖使用成本更低。

3、制热地板维护是否方便?

制热地板日常使用免维护,与普通木地板使用方式一致,如果出现损坏只需要更换损坏部分单片产品即可,方便快捷,不影响整体采暖。特别相对传统水暖的管道清洗、锅炉更换成本来说,可以忽略不计。

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