南京某最美鄉村建設項目中一種智能化感應地暖地板的設計創新

孟翔 李燕 蔡彬彬 丁帥

摘?要：本項目以南京某最美鄉村建設中遇到了當地能耗設限等要求，重點介紹了設計了一種智能化節能的感應地暖地板與實際應用，該技術的創新與應用體現了新農村建設中建筑裝飾化走向了“節能型、智能型、環保型”的方向發展，改善了建筑裝飾的使用功能，提高了建筑裝飾的智能化、節能型的性能，安裝速度快，經濟實惠，實際工程應用，效果顯著。

關鍵詞：技術創新;材料創新;智能化設計創新

一、項目背景與工程概況

本課題研究位于南京江寧區某山區百工坊鄉村建設項目，主題為南京江寧區打造的特色小鎮。黨的十六屆五中全會提出了“生產發展、生活寬裕、鄉風文明、村容整潔、管理民主”的建設社會主義新農村的重大歷史任務。秉承和發展了新農村建設“五位一體”的宗旨思路，有效地利用生態環境資源，提倡人與自然和諧相處。提倡科技與人文的結合，打造節能環保型的新農村建設項目。打造集手工藝設計行業、文化單位、高等院校的教學實踐基地。突出體現鄉村的生態節能型、智能化、互動性的新型特色鄉村建設的特色文化。

智能化感應地暖地板是該項目生態環保、智能型的特色創新點，研發人員仔細研究了建設項目的能耗限定，即山區鄉村電力輸送薄弱、傳統的節能思想根深蒂固，而一般市場上的地暖地板安裝復雜、能耗大，村民們的能耗經濟壓力大，造成了周邊的一些鄉村因不符現實的建設，原住民在冬季不舍打開取暖設備，迫不得已轉而回到原始的煤炭、打柴取暖等污染環境的惡性循環現象，嚴重破壞了當地的生態環境，背離了建設節能生態型的新農村改造意圖。

二、智能化感應地暖地板創新特點

（一）地暖地板技術創新

快裝地暖地板在這一背景下設計而生，其系統以一種超薄的供暖地板，解決傳統地暖施工繁瑣，供暖與地板分離。成本高，效率低，施工周期長的問題。

采用先進的面層處理技術，有機的將供暖纖維融合如地板夾層中，實現多種質感，滿足您不同的設計需求。

（二）地暖地板設計創新

通過手機或電腦，無線控制，該地板可智能化感應人體溫度，進行地熱地板溫度調節。以達到能耗集中利用與節約的作用。

（三）地暖地板智能化設計創新

通過貼附在高分子基材上的熱源墊片，當人體體重施壓，自動開啟感應模式，通過感應人體溫度，反饋到熱源纖維層，使發熱集中在人的主體部分，其他區域保持溫差恒溫，以此達到能耗集中利用與節約的作用。

三、新型高分子基材——硅纖維板材

（一）材質的理化特征

硅土是一種生物成因的硅質沉積巖，其化學成份主要是Si02，含有少量AI203、Fe203、CaO、MgO、K20、Na20、P205和有機質。Si02通常占80%以上，最高可達94%。優質硅土的氧化鐵含量一般為1?1.5%，氧化招含置為?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80-90%，能吸收其本身重坦1.5-4倍的水，是熱、電、聲的不良導體，熔點1650-1750°C，化學穩定性高，除溶于氫氟酸以外，不溶于任何強酸，但能溶于強堿溶液中。

硅土的氧化桂多數是非晶體，堿中可溶性硅酸含里為50～80%。非晶型Si02加熱到800～1000°C時變為晶型，堿中可溶性硅酸可減少到20～30%。

制備優化

所述的高分子基層為硅纖維板材，硅纖維板為夾芯結構，夾芯結構的芯層由料漿A制成，表層由料漿B制成;料漿B中含有N-Ti02/硅土載銀復合材料。

料漿A配方：硅土37kg、火山灰13kg、石灰37kg、木質纖維7kg、硫酸鈣晶須6kg、羥乙基纖維素0.8kg、水405kg，加入攪拌機中進行分散調漿。

料漿B配方：硅土37kg、火山灰7kg、石灰37kg、木質纖維6kg、凹凸棒石6kg、石英粉6kg、甲基羥乙基纖維素0.8kg、N-Ti02硅藻土載銀復合材料1.5kg、水410kg加入攪拌機中進行分散調漿。

（二）材質的板材特性

用硅土生產的板材不會散發出對人體有害的化學物質，還具有改善居住環境的作用。可以自動調節室內濕度。硅纖板具有超纖維、多孔質等特性，其微細孔比木炭還要好。板材的超微細孔在室內的濕度上升時能夠自動吸收空氣中的水分.將其儲存起來，如果室內空氣中的水分減少濕度下降，板材就能夠將儲存在超微細孔中的水分釋放出來.

可以消除異味，保持室內清潔。娃纖板中的氧化鈦，能夠長時間消除異味和吸收、分解有害化學物質，并能夠長期保持室內墻面消潔，即使家中有長期油煙者，板材也不會發黃。

將成型的濕硅纖板在室溫下干燥24h后再在150°C、1.0MPa壓力條件下蒸壓養護16h.

將蒸壓養護后的硅纖板烘干，切割整理成產品初級的硅纖板.

制備優化：（1）將料漿B經流漿機過濾，在料漿B濾餅表面均勻噴淋粘合劑聚乙烯醇，噴淋里為料漿B濾餅質量的0.7%，將噴淋有粘合劑的料漿B濾餅輸送至轉筒式成型機，卷疊成型;

（2）卷1層后，流裝機自動換成過濾料漿A，在得到的料漿A濾餅表面均勻噴淋料漿A濾餅質量0.5%的粘合劑聚乙烯醇，疊卷成型;

（3）連續疊卷成型16層后，流漿機自動換成過濾料漿B，在得到的料漿B濾餅表面均勻噴淋料漿B濾餅質量的0.7%的粘合劑聚乙烯醇，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構設計

如下圖1所示為該智能化感應可調節溫度薄型地暖地板的電子控制芯片板總體結構圖，該芯片板由熱源感應器模塊、微控制器模塊、繼電模塊和WIFI模塊組成。熱源感應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域是否有人在上面，如果有人，則通過微控制器模塊輸出數字信號，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WIFI通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭WIFI，用戶可通過手機客戶端遠程打開或關閉地暖地板系統。微控制器模塊可選用STM32系列32位ARM微控制器（如圖3所示），內核是Cortex-M3，最高工作頻率是72MHz，支持單周期乘法和硬件除法功能。WIFI通信模塊采用ESP8266wifi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC（3.3V）、UTXD腳接STM32串行通訊口RXD、URXD腳接STM32串行通訊口TXD、GPIO2和GPIO0腳懸空、CH_PD可以直接接VCC，一般串聯一個電阻再接VCC。