CN109084360B - 一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖 - Google Patents

一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，自内而外依次包括防水层、隔热层、反射层、发热层、保温层、固化蓄能层、装饰层组成。其中保温层、固化蓄能层的导热系数和密度自外而内梯度递减，蓄热系数自内而外梯度递升；保温层自外而内由发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合；固化蓄能层则以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成；其中，矿物纤维层置于发热层之上；固化蓄能层置于发泡多孔陶粒层之上。本发明提供了一种储热性能优良、放热性能稳定的阶梯式蓄热层电热膜地暖，提高了产品性能，增强了市场竞争力。

Description

一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖
技术领域
本发明涉及供热系统所用部件的技术领域，具体涉及一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖。
背景技术
目前绝大部分城市供暖都是采用的明装或地面内暗装的水、汽管道进行供暖。由于城市扩展太快，城市供暖管网建设难以满足使用需求。电热膜辐射地暖具有不耗水、舒适卫生、节约空间、高效节能环保、热稳定性好等优势，被广泛应用于家庭供暖。然而扩大电采暖必然大大增加电网的巨大负荷，特别是在用电高峰期，经常会引起电负荷过量而跳闸。因此发展可蓄热式电热器，增加电网低谷用电量，错开用电高峰，以实现在夜间通电时间段可以最大限度的抑制向室内放热，设计和采用既能实现保温性能良好、又有较好蓄热、储能的蓄热材料的功效，延长白天放热时间，节省采暖成本。然而现有技术中有报道的蓄热层形状为圆柱形栅格状，用于蓄热式地暖系统中，圆柱形栅格状蓄热层存在栅格上的空隙容易造成材料吸热不均匀、对加热器产生的热量吸收率相对不高等缺点。
一般工程实践中为了实现保温性能，常见只考虑材料的导热系数(λ)小的优势，然而低导热系数的材料，其蓄热系数(S)也小。这种材料大多是多孔的结构，对热源产生的热传导有较好的阻缓左右，可防止热量的快速损失。然而它们属于多孔物质，内部保有大量的空气，密度都较小，因而具有较小的蓄热系数，即热容量都较小。当热源供热波动时，如采用间歇供热采暖，其较低的热容量，会使室温随着外界温度的变化而易发生波动，这样势必会造成房间忽冷忽热，影响居住的舒适度。
中国专利CN201611156149.4公开了一种模块化电热膜地暖复合板及其铺装方法，包括由上至下依次铺装的面层(1)、电热膜(2)、保温层(3)以及底座(4)，电热膜(2)的端头向外延伸有插头(21)，保温层(3)端头上设有缺口(31)与插头(21) 对应容纳，底座的端头上设有容纳槽(41)对插头(21)进行卡接定位；具有结构简单、拼接快速，便于拆卸、方便维修与回收，安全性强，污染小，成本低易于普及，结构紧密的效果。但是该专利的模块化电热膜地暖复合板的保温性能和蓄热性能一般。
因此，针对现有技术的蓄热层吸热不均匀、对电加热膜产生的热量吸收率相对不高等问题，需要提供一种储热性能优良、放热性能稳定的阶梯式蓄热层电热膜地暖，以提高产品性能，增强市场竞争力。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，自内而外依次包括防水层1、隔热层2、反射层3、发热层4、保温层 5、固化蓄能层6、装饰层7组成，其中保温层5、固化蓄能层6的密度、导热系数自外而内梯度递减，蓄热系数则自内而外梯度递升；保温层5自外而内由发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合；固化蓄能层6以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成；其中，矿物纤维层置于发热层之上，固化蓄能层置于发泡多孔陶粒层之上。
其中，利用发泡多孔陶粒、膨胀珍珠岩、矿物纤维优良的储热保温性能和防火性能，构成导热系数低、性能卓越的保温层5，又利用云石砂的高致密结构，联合水泥砂浆、细沙形成高热容的固化蓄能层6；使电热膜地暖形成密度和导热系数自外而内梯度递减，而蓄热系数则自内而外梯度递升的阶梯式逆向结构，实现优良的保温性能和长效的蓄热放热性能，该结构可充分利用夜间的低谷电能，进行热量储能，而在白天形成稳定、长效时的热量缓慢释放过程，从而可有效减少白天供热的电耗，降低电网的高峰负荷，并降低电采暖成本。
进一步地，发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合具体为：按照发泡多孔陶粒层厚度为12mm～17mm，膨胀珍珠岩层厚度为 8mm～12mm，矿物纤维层厚度为13mm～18mm依次分层组合。
更进一步地，发泡多孔陶粒层中发泡多孔陶粒的制备方法具体为：
步骤i，将100重量份粉煤灰和15重量份～20重量份氧化铝混合，再加入 10重量份～14重量份膨胀剂、2重量份～4重量份膨润土，混合均匀后，经造粒形成生坯；
步骤ii，将步骤i形成的生坯转移至马弗炉中，以8℃/min～10℃/min的速率升温至500℃～600℃，保温1h，然后以6℃/min～8℃/min的速率升温至 1200℃～1250℃，保温1h～2h，再以12℃/min～14℃/min的速率降温至 300℃～350℃，然后自然降温至室温，得到所述发泡多孔陶粒。
更进一步地，步骤i中，膨胀剂为碳酸镁和碳化硅以重量比为1～2:1混合而成的组合物。
更进一步地，步骤ii中，发泡多孔陶粒的导热系数为 0.12W/(m·k)～0.25W/(m·k)。
更进一步地，矿物纤维层中矿物纤维为：粉煤灰或工业矿渣经高温冲天炉熔融、高速离心噴丝形成。
更进一步地，膨胀珍珠岩层中膨胀珍珠岩的膨胀倍数为20倍～25倍。
更进一步地，膨胀珍珠岩的导热系数为0.02W/(m·k)～0.05W/(m·k)。
进一步地，以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成具体为：水泥砂浆350kg/m3～380kg/m3，白云石210kg/m3～230kg/m3，细沙 460kg/m3～490kg/m3。
更进一步地，白云石的粒度为8mm～10mm。
本发明的优点是：
1.本发明充分利用了发泡多孔陶粒、膨胀珍珠岩、矿物纤维优良的储热保温性能和防火性能，构成导热系数低、性能卓越的保温层5，又利用云石砂的高致密结构，联合水泥砂浆、细沙形成高热容的固化蓄能层6；使电热膜地暖形成密度和导热系数自外而内梯度递减，而蓄热系数则自内而外梯度递升的阶梯式逆向结构，实现优良的保温性能和长效的蓄热放热性能，该结构可充分利用夜间的低谷电能，进行热量储能，而在白天形成稳定、长效时的热量缓慢释放过程，从而可有效减少白天供热的电耗，降低电网的高峰负荷，并降低电采暖成本；
2.本发明具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖既能满足蓄热层有较低的导热系数，而蓄能层则具有较高的蓄热系数，可实现优良的保温性能和长效的蓄热放热性能；
3.本发明具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖的制备方法简单、易于操作，适合规模化施用。
附图说明
构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的实施方案，并与说明书一起用来说明本发明的制备流程。在附图中：
图1是本发明具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖的地面剖面图；
其中，具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖包括防水层1、隔热层2、反射层 3、发热层4、保温层5、固化蓄能层6、装饰层7。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本申请具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖的几种原料的导热系数和蓄热系数。
Figure GDA0002464319630000041
本发明公开了一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，自内而外依次包括防水层1、隔热层2、反射层3、发热层4、保温层5、固化蓄能层6、装饰层7；其中保温层5、固化蓄能层6的密度、导热系数自外而内梯度递减，蓄热系数自内而外梯度递升；所述保温层5自外而内由发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合；固化蓄能层6以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成；其中，矿物纤维层置于发热层之上；固化蓄能层置于发泡多孔陶粒层之上；矿物纤维层中矿物纤维为：粉煤灰或工业矿渣经高温冲天炉熔融、高速离心噴丝形成。
实施例1
一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖中，保温层自外而内依次分层组合：发泡多孔陶粒层厚度为12mm，膨胀珍珠岩层厚度为8mm，矿物纤维层厚度为13mm，其平均导热系数为0.05W/(m·k)；膨胀珍珠岩层中膨胀珍珠岩的膨胀倍数为20倍；发泡多孔陶粒导热系数0.12W/(m·k)；膨胀珍珠岩导热系数 0.02W/(m·k)；矿物纤维导热系数0.01W/(m·k)；发泡多孔陶粒蓄热系数为 0.5W/(m2·k)；膨胀珍珠岩蓄热系数0.4W/(m2·k)；矿物纤维蓄热系数为 0.3W/(m2·k)；该发泡多孔陶粒的比表面积为36m2/g，孔隙率为56％；
固化蓄能层原料配比为：水泥砂浆350kg/m3，粒度为8mm的白云石 210kg/m3，细沙460kg/m3，水泥砂浆的导热系数为0.85W/(m·k)，白云石的导热系数为3.35W/(m·k)；水泥砂浆蓄热系数为10.5W/(m2·k)；白云石蓄热系数为24.4W/(m2·k)。
其中，发泡多孔陶粒层中发泡多孔陶粒的制备方法具体为：
步骤i，将100重量份粉煤灰和15重量份氧化铝混合，再加入10重量份膨胀剂、2重量份膨润土，混合均匀后，经造粒形成生坯；膨胀剂为碳酸镁和碳化硅以重量比为1:1混合而成的组合物；
步骤ii，将步骤i形成的生坯转移至马弗炉中，以8℃/min的速率升温至 500℃，保温1h，然后以6℃/min的速率升温至1200℃，保温1h，再以12℃/min 的速率降温至300℃，然后自然降温至室温，得到发泡多孔陶粒。
对实施例1的固化蓄能层的蓄热能力分别进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1的固化蓄能层的蓄热能力测试结果
Figure GDA0002464319630000061
实施例2
一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖中，保温层自外而内依次分层组合：发泡多孔陶粒层厚度为17mm，膨胀珍珠岩层厚度为12mm，矿物纤维层度为 18mm，其平均导热系数为0.112W/(m·k)；膨胀珍珠岩层中膨胀珍珠岩的膨胀倍数为25倍；发泡多孔陶粒导热系数0.25W/(m·k)；膨胀珍珠岩导热系数 0.05W/(m·k)；矿物纤维导热系数0.035W/(m·k)；发泡多孔陶粒蓄热系数为 0.8W/(m2·k)；膨胀珍珠岩蓄热系数0.7W/(m2·k)；矿物纤维蓄热系数为 0.5W/(m2·k)；该发泡多孔陶粒的比表面积为40m2/g，孔隙率为60％；
固化蓄能层原料配比为：水泥砂浆380kg/m3，粒度为10mm的白云石 230kg/m3，细沙490kg/m3，水泥砂浆的导热系数为0.98W/(m·k)，白云石的导热系数为3.54W/(m·k)；水泥砂浆蓄热系数为11.3W/(m2·k)；白云石蓄热系数为 25.5W/(m2·k)。
其中，发泡多孔陶粒层中发泡多孔陶粒的制备方法具体为：
步骤i，将100重量份粉煤灰和20重量份氧化铝混合，再加入14重量份膨胀剂、4重量份膨润土，混合均匀后，经造粒形成生坯；膨胀剂为碳酸镁和碳化硅以重量比为2:1混合而成的组合物；
步骤ii，将步骤i形成的生坯转移至马弗炉中，以10℃/min的速率升温至 600℃，保温1h，然后以8℃/min的速率升温至1250℃，保温2h，再以14℃/min 的速率降温至350℃，然后自然降温至室温，得到发泡多孔陶粒。
对实施例2的固化蓄能层的蓄热能力分别进行测试，测试结果如表2所示。
表2实施例2的固化蓄能层的蓄热能力测试结果
Figure GDA0002464319630000071
实施例3
一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖中，保温层自外而内依次分层组合：发泡多孔陶粒层厚度为16mm，膨胀珍珠岩层厚度为11mm，矿物纤维层厚度为17mm，其平均导热系数为0.09W/(m·k)；膨胀珍珠岩层中膨胀珍珠岩的膨胀倍数为24倍；发泡多孔陶粒导热系数0.20W/(m·k)；膨胀珍珠岩导热系数 0.04W/(m·k)；矿物纤维导热系数0.03W/(m·k)；发泡多孔陶粒蓄热系数为 0.7W/(m2·k)；膨胀珍珠岩蓄热系数0.6W/(m2·k)；矿物纤维蓄热系数为 0.45W/(m2·k)；该发泡多孔陶粒的比表面积为48m2/g，孔隙率为60％；
固化蓄能层原料配比为：水泥砂浆370kg/m3，粒度为9.5mm的白云石 225kg/m3，细沙480kg/m3，水泥砂浆的导热系数为0.95W/(m·k)，白云石的导热系数为3.5W/(m·k)；水泥砂浆蓄热系数为11W/(m2·k)；白云石蓄热系数为 25.2W/(m2·k)。
其中，发泡多孔陶粒层中发泡多孔陶粒的制备方法具体为：
步骤i，将100重量份粉煤灰和19重量份氧化铝混合，再加入13重量份膨胀剂、3.5重量份膨润土，混合均匀后，经造粒形成生坯；膨胀剂为碳酸镁和碳化硅以重量比为1.8:1混合而成的组合物；
步骤ii，将步骤i形成的生坯转移至马弗炉中，以9.5℃/min的速率升温至 580℃，保温1h，然后以7.5℃/min的速率升温至1240℃，保温1.8h，再以 13.5℃/min的速率降温至345℃，然后自然降温至室温，得到发泡多孔陶粒。
对实施例3的固化蓄能层的蓄热能力分别进行测试，测试结果如表3所示。
表3 实施例3的固化蓄能层的蓄热能力测试结果
Figure GDA0002464319630000081
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，自内而外依次包括防水层(1)、隔热层(2)、反射层(3)、发热层(4)、保温层(5)、固化蓄能层(6)、装饰层(7)组成，其特征在于，所述保温层(5)、固化蓄能层(6)的密度、导热系数自外而内梯度递减，蓄热系数自内而外梯度递升；所述保温层(5)自外而内由发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合；所述固化蓄能层(6)以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成；其中，所述矿物纤维层置于发热层之上；所述固化蓄能层置于发泡多孔陶粒层之上；所述发泡多孔陶粒层、膨胀珍珠岩层、矿物纤维层依次分层组合具体为：按照发泡多孔陶粒层厚度为12mm～17mm，膨胀珍珠岩层厚度为8mm～12mm，矿物纤维层厚度为13mm～18mm，依次分层组合；所述发泡多孔陶粒层中发泡多孔陶粒的制备方法具体为：
步骤i，将100重量份粉煤灰和15重量份～20重量份氧化铝混合，再加入10重量份～14重量份膨胀剂、2重量份～4重量份膨润土，混合均匀后，经造粒形成生坯；
步骤ii，将步骤i形成的生坯转移至马弗炉中，以8℃/min～10℃/min的速率升温至500℃～600℃，保温1h，然后以6℃/min～8℃/min的速率升温至1200℃～1250℃，保温1h～2h，再以12℃/min～14℃/min的速率降温至300℃～350℃，然后自然降温至室温，得到所述发泡多孔陶粒；步骤ii中，所述发泡多孔陶粒的导热系数为0.12W/(m·k)～0.25W/(m·k)。
2.根据权利要求1所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，步骤i中，所述膨胀剂为碳酸镁和碳化硅以重量比为1～2:1混合而成的组合物。
3.根据权利要求1所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，所述矿物纤维层中矿物纤维为：粉煤灰或工业矿渣经高温冲天炉熔融、高速离心噴丝形成。
4.根据权利要求1所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，所述膨胀珍珠岩层中膨胀珍珠岩的膨胀倍数为20倍～25倍。
5.根据权利要求4所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，所述膨胀珍珠岩的导热系数为0.02W/(m·k)～0.05W/(m·k)。
6.根据权利要求1所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，所述以水泥砂浆、白云石、细沙为原料配比固化而成具体为：水泥砂浆350kg/m3～380kg/m3，白云石210kg/m3～230kg/m3，细沙460kg/m3～490kg/m3。
7.根据权利要求6所述具有阶梯式蓄热层的电热膜地暖，其特征在于，所述白云石的粒度为8mm～10mm。
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