輕質(zhì)陶瓷“晶立方砂巖”的熱舒適性研究

摘要通過對物體的傳熱及熱性能分析，并通過SEM、熱模擬等方法進(jìn)行分析，對比了輕質(zhì)陶瓷晶立方砂巖產(chǎn)品及天然砂巖、瓷磚等幾種不同材料的熱性能，指出其不同的熱性能導(dǎo)熱系數(shù)、材料密度及比熱是影響幾種材料舒適性的主要原因。本文從理論上分析了晶立方砂巖產(chǎn)品的低導(dǎo)熱系數(shù)及低密度是其舒適性良好的主要原因，同時(shí)也為建筑用陶瓷的舒適性研究提供了一種參考方法。

關(guān)鍵詞輕質(zhì)陶瓷， 熱舒適性

1 前 言

未來建筑陶瓷的發(fā)展是以綠色環(huán)保、舒適健康為目標(biāo)要求的，舒適性及環(huán)保性尤其是選擇裝修材料的一個(gè)重要方面。輕質(zhì)陶瓷“晶立方砂巖”產(chǎn)品是一種新的資源利用型環(huán)保建材，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱等特點(diǎn)，特別是觸感上明顯優(yōu)于一般陶瓷產(chǎn)品冰冷的感覺，本文通過對瓷磚、天然砂巖、復(fù)合木地板等幾種材料的熱性質(zhì)進(jìn)行對比分析，解釋了晶立方砂巖具有良好的材料使用舒適性的特征原因。

2 材料性能及熱分析研究

2.1 材料結(jié)構(gòu)

“晶立方砂巖”是一種高硅質(zhì)輕質(zhì)多孔陶瓷材料，具有均勻分布的封閉孔洞，體積密度為1.25 ，是典型的“三維閉孔泡沫陶瓷”材料，其SEM照片見圖1。

天然砂巖是一種沉積巖，巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)等作用在盆地中堆積形成，巖石顆粒之間通過膠結(jié)物硅質(zhì)和碳酸鹽質(zhì)膠結(jié)，其典型結(jié)構(gòu)見圖2。

2.2 熱理論分析

物體在相接觸時(shí)，其導(dǎo)熱傳熱的接觸面Ts的溫度可以用下式表示：

Ts=■（1）

其中TA、TB為物體A、B的表面溫度，εA、εB分別為對應(yīng)物體的蓄熱系數(shù)，其中

ε=■ （2）

這里λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K）， ρ為密度（kg/m3），c為比熱（J/kg·K）

人體的初始λ、ρ、 c及體溫T均可視為常數(shù)，ε則為常數(shù)，當(dāng)人體與外界物體接觸時(shí)，接觸物體起始溫度設(shè)定為室溫T0，則式（1）變?yōu)椋篢s=f(εtile)（3）

即當(dāng)被接觸物體初始溫度一定時(shí)，人與接觸面的溫度僅與所接觸材料的蓄熱系數(shù)有關(guān)。人體及不同接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù)、密度及比熱數(shù)據(jù)的選取見表1。

利用公式2計(jì)算出對應(yīng)的ε，其結(jié)果見表2。

設(shè)定人體溫度T=37℃（實(shí)際裸露皮膚處偏低），接觸材料的溫度取室溫T0，根據(jù)《空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選擇，分別選取18℃、22℃、26℃及某些極端情況如使用地?zé)岙惓Ｉ郎厍闆r下，接觸材料溫度過高T0=55℃等幾個(gè)溫度，使用公式（1）及表2數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可得到人體與不同材料接觸時(shí)的接觸面溫度，其結(jié)果如表3。

2.3 溫度覺及熱舒適理論

溫度覺是指由冷覺與熱覺兩種溫度感受器感受外界環(huán)境中的溫度變化所引起的感覺。當(dāng)熱環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，人體會(huì)對周圍熱環(huán)境有明顯的反映，當(dāng)熱環(huán)境好，即每個(gè)人都能處于熱舒適狀態(tài)下，這樣不論是對人的健康還是對工作效率都有很大的改善。

通常在30℃～36℃之間，溫度覺可產(chǎn)生適應(yīng)性，手部冷覺出現(xiàn)在約29.4℃，腳部冷覺出現(xiàn)在27.6℃，在36℃以上或30℃以下，即使皮膚溫度沒有變化，也常常會(huì)有熱或冷的感覺，皮膚溫度超過45℃以上時(shí)，溫度感覺則變?yōu)樘弁锤杏X。由此可見，人體與外界的溫度波動(dòng)在7℃時(shí)，溫度感覺已很明顯。

3 結(jié)果與討論

圖3為人體在不同溫度環(huán)境下與不同接觸材料的接觸面瞬間溫度。

從圖3中可以看出，瓷磚的接觸面溫度變化最大，除室溫26℃外，接觸面溫差均大于7℃，天然砂巖次之，而晶立方及復(fù)合木地板的接觸面溫度波動(dòng)最小。

圖4為在室溫22℃的情況下，使用不同的地面材料與人體接觸時(shí)的溫度，其中左側(cè)左邊軸為界面溫度，右側(cè)坐標(biāo)軸為界面溫差情況。由圖可見，使用瓷磚時(shí)，界面溫度為28.7℃，此時(shí)溫差最大，使用天然砂巖時(shí)，溫度差約為5.9℃，感覺也較為明顯，使用復(fù)合木地板及晶立方砂巖產(chǎn)品時(shí)，則界面溫度差僅為3.4℃及3.7℃，可見使用這兩種材料時(shí)人體感覺更為舒適。

圖5為模擬地?zé)峄蚬嵯到y(tǒng)異常情況下（此時(shí)地面溫度為55℃），使用不同的地面材料與人體接觸時(shí)的溫度。由圖可見，使用瓷磚時(shí)，界面溫度為47.0度，此時(shí)已超過人體的溫度熱感覺閥值，人即感覺灼痛，使用天然砂巖情況下，溫度差為44.0℃，感覺明顯，使用復(fù)合木地板及晶立方砂巖產(chǎn)品則界面溫度約為41℃，會(huì)有較明顯的熱感覺，但不會(huì)產(chǎn)生灼痛等不適應(yīng)癥狀。

4 結(jié) 論

通過對材料的結(jié)構(gòu)分析及熱模擬計(jì)算，對比了輕質(zhì)陶瓷晶立方砂巖產(chǎn)品與天然砂巖、瓷磚、復(fù)合木地板等幾種不同材料的熱性能，特別指出晶立方產(chǎn)品的低導(dǎo)熱系數(shù)及低材料密度是使其具有更良好熱舒適性的主要原因。從理論上分析了晶立方砂巖作為一種新型環(huán)保建筑材料的舒適性原因，同時(shí)也為建筑用陶瓷的熱舒適性選擇提供了一種參考方法。

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