内置式电热木地板结构设计与优化

发 热木 地 板 可 以将 地 表 的热 量 均 匀 地 辐 射 到 室 内 ，依 据 “冷 降热 升”的空 气 流动规 律 实现 室 内采 暖效 果 ，是近 几年 出现 的技术 含量较 高 的木质 产 品之一 引。
企 业 生 产 和 销售 已有 近 十年 时 间 ，目前相 关 标 准 尚未 出台 ，市 场对 产 品质量 （尤其 安全性 能 ）控 制 等提 出 了更 高 的要 求 ，产业 发 展 受 限 。原 因在 于 现 有技 术 仍 存 在诸 多 不 足 ，主 要 体 现 在 以下 方 面［４－５】：现有 技 术 中的 电热 地 板主要 以实木 地板 、强化 地板 、实 木复 合地 板 等作 为 基 材 与发 热 材 料 等相 结合 ，一般 是 将 电发 热 材 料设 置 在 木 质地 板 内部 ，通过 发 热 材料 通 电来 达 到 加热的目的，从而使地板发热以取暖。但是 ，木质材料 具 有 “湿 涨 干 缩 ”特 性 ，且 是 热 的不 良导 体 ，热 量通 过
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｕｉｌｔ－ｉｎ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｐａｒｑｕｅｔ
ＺＨＯＵ Ｚｈａｏ—ｂｉｎｇ ＬＩ Ｘｉａｎｇ ＸＵＥ Ｈｏｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｆｅｎｇ ＣＡＯ Ｐｉｎｇ－ｘｉａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）
生产 与应用
ＰＲ０ＤＵＣＴ１０Ｎ ＆ ＡＰＰＬＩＣＡＡ Ｆ０ＲＥＳＴ ＰＲ０ＤＵＣＴＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
内置式 电热 木 地 板 结构 设 计 与优 化 木
周兆兵 李 想 薛 宏 张 峰 曹平祥
摘要 ： 从 工业化生产角度 出发 ，根据地板热传导模 型对产 品结构进行 了三维仿真设计 ，并进行有限元分析 ，提出 由装饰 表板 、次表板上基 材 、发热材 料 、导 热材料 、下基材 、隔热材料等通过 胶黏剂进行 复合封装 的内置发热实木复合地 板结构 的设计方案 ，采用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软 件进 行 了设计仿真 与有限元分析 ，并结合仿 真结果对制备工 艺进 行分析 。结果表 明 ，该设 计方案有望解决现有发热木地板制造工艺复杂 、热效率不高等 问题 。 关键词 ： 内置 ；发热 ；实木复合地板 ；结构设计 ；有限元分析 中图分类号 ：ＴＳ６５３；ＴＵ２２５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１—５２９９（２０１８）０３—００４６—０４ ＤＯＩ：１０．１９５３ｌ／ｉ．ｉｓｓｎｌ００１—５２９９．２０１８０３０１０
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｕｉｌｔ—ｉｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐａｒｑｕｅｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｏｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ－ｉｎ ｈｅａｔｉｎｇ ｐａｒｑｕｅｔ，ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ ａｎｄ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ ｂｙ ａｄｈｅｓｉｖｅ，ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ ｓｈｅｅｔ，ｓｕｂ ｖｅｎｅｅｒ，ｕｐｐｅｒ－ｂａｓｅ ｍ ａｔｅｒｉａｌ，ｈｅａｔｉｎｇ ｍ ａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｒｍ ａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｂｅｌｏｗ－ｂａｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍ ａｔｅｒｉａ１．Ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｂｅｌｉｅｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍ ｅ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｗｏｏｄ ｆｌｏｏｒｉｎｇ， ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｌｏｗ ｔｈｅｒ ｍ ａｌ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ，ｅｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｂｕｉｌｔ－ｉｎ；Ｈｅａｔｉｎｇ；Ｐａｒｑｕｅｔ；Ｓｔｒｕ ｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ；Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
基金项 目：“十二五”国家科技支撑计划课题 （２０１５ＢＡＤ１４Ｂ０４） 周兆兵 ，高级实验师／博士 ，南京林业大学材料科学与工程学 院， Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｂｚｈｏｕ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 收 稿 日期 ：２０１７—０９—２６
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木质板 材 传递 ，其热 传导 方 向不具 有 可控性 ，热 传导效 率较低 ，使 用过 程 中地板 易发 生变 形 、翘 曲 、鼓包 、表 面 龟裂 等各 种缺 陷 ；同时 ，这 种 结构 主要依 靠 工人 手工操 作 ，不 利 于 企 业 工 业 化 生 产 ，生 产效 率 及 产 品 质 量难 以获得保 证 ；现有技术 中的电热地板 ，通 常直接采用 ＡＣ２２０ Ｖ、５０ Ｈｚ电源 供 电 ，外接 电线 与发 热 材料 通 常 采用 点接 触 ，在 电源频 繁地 通断 电时 ，会在 连接 处形 成 高 电荷 区 ，使 地板 局部 温度 过高 ，导致 地板 发黑 甚 至 出 现烧焦现象 ，而且家庭使用 的地板很难避免会接触明 水 ，渗入地板 中很容易产生漏电短路等危险 ，因此也存 在着 较大 的安全 隐患 ；现有 技术 的 电热地 板 中 ，如果 有 任 意一 个 或 多个 地 板 上 的发 热 材料 损 坏 或接 点 松 动 ， 则所 有地 板 系统将 被 断 电 ，且很 难检 查 出问题 所在 ，即 便 检查 出 了问题 地 板 ，进 行维 修 或 更换 成 本 相 当 高而 且 麻烦 ，因此 ，产 品 的实用 性 不 强 ，不 能满 足 大 众人 群