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

　　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。党的十六届五中全会提出了“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合现实的建设，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，解决传统地暖施工烦琐、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，有机地将供暖纤维融合，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，其化学成分主要是SiO2，含有少量AI2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质。SiO2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%，氧化铝含量为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%，能吸收其本身重量1.5～4倍的水，是热、电、声的不良导体，熔点1650℃～1750℃，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。硅土的氧化硅多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含量为50%～80%。

　　非晶型SiO2加热到800℃～1000℃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-TiO2/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-TiO2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。硅纤板中的氧化钛，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℃、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滤饼表面均匀喷淋黏合剂聚乙烯醇，喷淋量为料浆B滤饼质量的0.7%，将喷淋有黏合剂的料浆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%的黏合剂聚乙烯醇，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%的黏合剂聚乙烯醇，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

　　该芯片板由热源感应器模块、微控制器模块、继电模块和Wi-Fi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Wi-Fi通信模块将该电子控制芯片板可连接到家庭 Wi-Fi，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，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。Wi-Fi通信模块采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND脚接地、GPIO16连接VCC(3.3V)、UTXD脚接STM32串行通信口RXD、URXD脚接STM32串行通信口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。电路芯片板的继电输出模块，该输出模块的输入端与主控制器的I/O口连接，输出端通过继电器连接交变电源，用以控制热源纤维导热。

　　作为优化:所述的热源感应垫片内装有电子控制芯片板，所述的电子控制芯片板由热源感应器模块、微控制器模块、继电输出模块和Wi-Fi通信模块组成。制备优化:热源感应器模块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。

　　作为优化:所述的Wi-Fi通信模块将该电子控制芯片板可连接到家庭Wi-Fi，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，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。Wi-Fi通信模块采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND脚接地、GPIO16连接VCC(3.3V)、UTXD脚接STM32串行通信口RXD、URXD脚接STM32串行通信口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。继电输出模块的输入端与主控制器的I/O口连接，输出端通过继电器连接交变电源，用以控制热源纤维导热。

　　(四)项目创新优势

　　(1)本工程项目设计采用暖地板系统，解决了传统地暖施工烦琐、供暖与地板分离、成本高、效率低、施工周期长的问题。(2)采用先进的面层处理技术，有机地将供暖纤维融合如地板夹层中，实现多种质感，满足人们不同的设计需求。(3)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。(4)智能化热源垫片原理如下: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。

　　经济论文投稿刊物：《民营科技》杂志是经国家新闻出版署批准，中国科协科普部、主管主办的自然科学类期刊。本刊国际标准刊号：ISSN1679-4033 国内统一刊号：CN57-1125/N 邮发代号：24-75 。杂志以一线科教工作者为对象，追踪科教工作新动态，关注基层科教工作者在其领域内的探索、创新实践活动和学术研究成果，是广大科教工作者阐释观点的理论平台。

　　四、结语

　　本工程项目设计的智能化感应地暖地板，结构设计合理，环保节能、智能温控、保温隔热等优点，该技术的使用实现了硅土与木质纤维的结合应用，将“节能环保、智能化控制”的设计特色融入了实际工程项目中，推动了我国智能化装饰材料的革新，并使得建筑装饰行业向“节能型、智能型、环保型”等绿色乡村建设的方向发展，结合本次乡村建筑装饰空间的应用，为推进更为广阔的建筑室内空间而不断创新。

　　参考文献:

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　　作者：孟翔李燕蔡彬彬丁帅