摘要:本項目以南京某最美鄉(xiāng)村建設(shè)中遇到了當(dāng)?shù)啬芎脑O(shè)限等要求，重點介紹設(shè)計了一種智能化節(jié)能的感應(yīng)地暖地板與實際應(yīng)用，該技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用體現(xiàn)了新農(nóng)村建設(shè)中建筑裝飾化走向了“節(jié)能型、智能型、環(huán)保型”的方向發(fā)展，改善了建筑裝飾的使用功能，提高了建筑裝飾的智能化、節(jié)能型的性能，安裝速度快，經(jīng)濟(jì)實惠，實際工程應(yīng)用，效果顯著。
關(guān)鍵詞:技術(shù)創(chuàng)新;材料創(chuàng)新;智能化設(shè)計創(chuàng)新
一、項目背景與工程概況
本課題研究位于南京江寧區(qū)某山區(qū)百工坊鄉(xiāng)村建設(shè)項目，主題為南京江寧區(qū)打造的特色小鎮(zhèn)。黨的十六屆五中全會提出了“生產(chǎn)發(fā)展、生活寬裕、鄉(xiāng)風(fēng)文明、村容整潔、管理民主”的建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重大歷史任務(wù)，秉承和發(fā)展了新農(nóng)村建設(shè)“五位一體”的宗旨思路，有效地利用生態(tài)環(huán)境資源，提倡人與自然和諧相處，提倡科技與人文的結(jié)合，打造節(jié)能環(huán)保型的新農(nóng)村建設(shè)項目，打造集手工藝設(shè)計行業(yè)、文化單位、高等院校的教學(xué)實踐基地，突出體現(xiàn)鄉(xiāng)村的生態(tài)節(jié)能型、智能化、互動性的新型特色鄉(xiāng)村建設(shè)的特色文化。
智能化感應(yīng)地暖地板是該項目生態(tài)環(huán)保、智能型的特色創(chuàng)新點，研發(fā)人員仔細(xì)研究了建設(shè)項目的能耗限定，即山區(qū)鄉(xiāng)村電力輸送薄弱、傳統(tǒng)的節(jié)能思想根深蒂固，而一般市場上的地暖地板安裝復(fù)雜、能耗大，村民們的能耗經(jīng)濟(jì)壓力大，造成了周邊的一些鄉(xiāng)村因不符合現(xiàn)實的建設(shè)，原住民在冬季不舍打開取暖設(shè)備，迫不得已轉(zhuǎn)而回到原始的煤炭、打柴取暖等污染環(huán)境的惡性循環(huán)現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，背離了建設(shè)節(jié)能生態(tài)型的新農(nóng)村改造意圖。
二、智能化感應(yīng)地暖地板創(chuàng)新特點
(一)地暖地板技術(shù)創(chuàng)新快裝地暖地板在這一背景下設(shè)計而生，其系統(tǒng)以一種超薄的供暖地板，解決傳統(tǒng)地暖施工煩瑣、供暖與地板分離、成本高、效率低、施工周期長的問題。采用先進(jìn)的面層處理技術(shù)，有機(jī)地將供暖纖維融合，如地板夾層中，實現(xiàn)多種質(zhì)感，滿足您不同的設(shè)計需求。
(二)地暖地板設(shè)計創(chuàng)新通過手機(jī)或電腦，無線控制，該地板可智能化感應(yīng)人體溫度，進(jìn)行地?zé)岬匕鍦囟日{(diào)節(jié)，以達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。(三)地暖地板智能化設(shè)計創(chuàng)新通過貼附在高分子基材上的熱源墊片，當(dāng)人體體重施壓，自動開啟感應(yīng)模式，通過感應(yīng)人體溫度，反饋到熱源纖維層，使發(fā)熱集中在人的主體部分，其他區(qū)域保持溫差恒溫，以此達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。
三、新型高分子基材———硅纖維板材
(一)材質(zhì)的理化特征硅土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，其化學(xué)成分主要是SiO2，含有少量AI2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機(jī)質(zhì)。SiO2通常占80%以上，最高可達(dá)94%。優(yōu)質(zhì)硅土的氧化鐵含量一般為1%～1.5%，氧化鋁含量為3%～6%。硅土的密度為0.3～0.5g/cm3，莫氏硬度為1～1.5，孔隙率達(dá)80%～90%，能吸收其本身重量1.5～4倍的水，是熱、電、聲的不良導(dǎo)體，熔點1650℃～1750℃，化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強(qiáng)酸，但能溶于強(qiáng)堿溶液中。硅土的氧化硅多數(shù)是非晶體，堿中可溶性硅酸含量為50%～80%。
非晶型SiO2加熱到800℃～1000℃時變?yōu)榫?，堿中可溶性硅酸可減少到20%～30%。制備優(yōu)化:所述的高分子基層為硅纖維板材，硅纖維板為夾芯結(jié)構(gòu)，夾芯結(jié)構(gòu)的芯層由料漿A制成，表層由料漿B制成，料漿B中含有N-TiO2/硅土載銀復(fù)合材料。料漿A配方:硅土37kg、火山灰13kg、石灰37kg、木質(zhì)纖維7kg、硫酸鈣晶須6kg、羥乙基纖維素0.8kg、水405kg，加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散調(diào)漿。料漿B配方:硅土37kg、火山灰7kg、石灰37kg、木質(zhì)纖維6kg、凹凸棒石6kg、石英粉6kg、甲基羥乙基纖維素0.8kg、N-TiO2硅藻土載銀復(fù)合材料1.5kg、水410kg加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散調(diào)漿。
(二)材質(zhì)的板材特性
用硅土生產(chǎn)的板材不會散發(fā)出對人體有害的化學(xué)物質(zhì)，還具有改善居住環(huán)境的作用，可以自動調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。硅纖板具有超纖維、多孔質(zhì)等特性，其微細(xì)孔比木炭還要好。板材的超微細(xì)孔在室內(nèi)的濕度上升時能夠自動吸收空氣中的水分，將其儲存起來，如果室內(nèi)空氣中的水分減少、濕度下降，板材就能夠?qū)Υ嬖诔⒓?xì)孔中的水分釋放出來。
可以消除異味，保持室內(nèi)清潔。硅纖板中的氧化鈦，能夠長時間消除異味和吸收、分解有害化學(xué)物質(zhì)，并能夠長期保持室內(nèi)墻面消潔，即使家中有長期油煙者，板材也不會發(fā)黃。將成型的濕硅纖板在室溫下干燥24h后再在150℃、1.0MPa壓力條件下蒸壓養(yǎng)護(hù)16h。將蒸壓養(yǎng)護(hù)后的硅纖板烘干，切割整理成產(chǎn)品初級的硅纖板。
制備優(yōu)化:(1)將料漿B經(jīng)流漿機(jī)過濾，在料漿B濾餅表面均勻噴淋黏合劑聚乙烯醇，噴淋量為料漿B濾餅質(zhì)量的0.7%，將噴淋有黏合劑的料漿B濾餅輸送至轉(zhuǎn)筒式成型機(jī)，卷疊成型;(2)卷1層后，流裝機(jī)自動換成過濾料漿A，在得到的料漿A濾餅表面均勻噴淋料漿A濾餅質(zhì)量0.5%的黏合劑聚乙烯醇，疊卷成型;(3)連續(xù)疊卷成型16層后，流漿機(jī)自動換成過濾料漿B，在得到的料漿B濾餅表面均勻噴淋料漿B濾餅質(zhì)量的0.7%的黏合劑聚乙烯醇，疊卷成型，卷1層后完成整張濕硅纖板的成型。
(三)電子控制芯片板電路結(jié)構(gòu)設(shè)計
該芯片板由熱源感應(yīng)器模塊、微控制器模塊、繼電模塊和Wi-Fi模塊組成。熱源感應(yīng)器可采用能夠感知人體溫度的被動式紅外傳感器，通過該模塊感知地板區(qū)域是否有人在上面，如果有人，則通過微控制器模塊輸出數(shù)字信號，控制繼電模塊，接通交變電流，使得熱源纖維輸出熱量，如果人離開，則通過繼電模塊，斷開交變電流。同步的，通過板載Wi-Fi通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭 Wi-Fi，用戶可通過手機(jī)客戶端遠(yuǎn)程打開或關(guān)閉地暖地板系統(tǒng)。
微控制器模塊可選用STM32系列32位ARM微控制器，內(nèi)核是Cortex-M3，最高工作頻率是72MHz，支持單周期乘法和硬件除法功能。Wi-Fi通信模塊采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC(3.3V)、UTXD腳接STM32串行通信口RXD、URXD腳接STM32串行通信口TXD、GPIO2和GPIO0腳懸空、CH_PD可以直接接VCC，一般串聯(lián)一個電阻再接VCC。電路芯片板的繼電輸出模塊，該輸出模塊的輸入端與主控制器的I/O口連接，輸出端通過繼電器連接交變電源，用以控制熱源纖維導(dǎo)熱。
作為優(yōu)化:所述的熱源感應(yīng)墊片內(nèi)裝有電子控制芯片板，所述的電子控制芯片板由熱源感應(yīng)器模塊、微控制器模塊、繼電輸出模塊和Wi-Fi通信模塊組成。制備優(yōu)化:熱源感應(yīng)器模塊采用能夠感知人體溫度的被動式紅外傳感器，通過該模塊感知地板區(qū)域是否有人在上面，如果有人，則通過微控制器模塊輸出數(shù)字信號，控制繼電模塊，接通交變電流，使得熱源纖維輸出熱量，如果人離開，則通過繼電模塊，斷開交變電流。
作為優(yōu)化:所述的Wi-Fi通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭Wi-Fi，用戶可通過手機(jī)客戶端遠(yuǎn)程打開或關(guān)閉地暖地板系統(tǒng)。微控制器模塊可選用STM32系列32位ARM微控制器，內(nèi)核是Cortex-M3，最高工作頻率是72MHz，支持單周期乘法和硬件除法功能。Wi-Fi通信模塊采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC(3.3V)、UTXD腳接STM32串行通信口RXD、URXD腳接STM32串行通信口TXD、GPIO2和GPIO0腳懸空、CH_PD可以直接接VCC，一般串聯(lián)一個電阻再接VCC。繼電輸出模塊的輸入端與主控制器的I/O口連接，輸出端通過繼電器連接交變電源，用以控制熱源纖維導(dǎo)熱。
(四)項目創(chuàng)新優(yōu)勢
(1)本工程項目設(shè)計采用暖地板系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)地暖施工煩瑣、供暖與地板分離、成本高、效率低、施工周期長的問題。(2)采用先進(jìn)的面層處理技術(shù)，有機(jī)地將供暖纖維融合如地板夾層中，實現(xiàn)多種質(zhì)感，滿足人們不同的設(shè)計需求。(3)通過手機(jī)或電腦，無線控制，該地板可智能化感應(yīng)人體溫度，進(jìn)行地?zé)岬匕鍦囟日{(diào)節(jié)，以達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。(4)智能化熱源墊片原理如下:通過貼附在高分子基材上的熱源墊片，當(dāng)人體體重施壓，自動開啟感應(yīng)模式，通過感應(yīng)人體溫度，反饋到熱源纖維層，使發(fā)熱集中在人的主體部分，其他區(qū)域保持溫差恒溫，以此達(dá)到能耗集中利用與節(jié)約的作用。
經(jīng)濟(jì)論文投稿刊物：《民營科技》雜志是經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)，中國科協(xié)科普部、主管主辦的自然科學(xué)類期刊。本刊國際標(biāo)準(zhǔn)刊號：ISSN1679-4033 國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN57-1125/N 郵發(fā)代號：24-75 。雜志以一線科教工作者為對象，追蹤科教工作新動態(tài)，關(guān)注基層科教工作者在其領(lǐng)域內(nèi)的探索、創(chuàng)新實踐活動和學(xué)術(shù)研究成果，是廣大科教工作者闡釋觀點的理論平臺。
四、結(jié)語
本工程項目設(shè)計的智能化感應(yīng)地暖地板，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，環(huán)保節(jié)能、智能溫控、保溫隔熱等優(yōu)點，該技術(shù)的使用實現(xiàn)了硅土與木質(zhì)纖維的結(jié)合應(yīng)用，將“節(jié)能環(huán)保、智能化控制”的設(shè)計特色融入了實際工程項目中，推動了我國智能化裝飾材料的革新，并使得建筑裝飾行業(yè)向“節(jié)能型、智能型、環(huán)保型”等綠色鄉(xiāng)村建設(shè)的方向發(fā)展，結(jié)合本次鄉(xiāng)村建筑裝飾空間的應(yīng)用，為推進(jìn)更為廣闊的建筑室內(nèi)空間而不斷創(chuàng)新。
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作者：孟翔李燕蔡彬彬丁帥
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