CN110863630A - 一种基于相变材料的地板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于相变材料的地板，包括：地板层、相变材料层、均衡发热层、隔热材料层以及温度控制装置；所述地板层设置在表层，所述隔热材料层设置在底层，所述均衡发热层设置在所述隔热材料层的上方，所述相变材料层设置在所述地板层和所述均衡发热层之间；所述均衡发热层与所述温度控制装置通电连接。本发明实施例的地板能够对室内的地板温度进行智能控制，且保温时效长，能源利用率高。

Description

一种基于相变材料的地板
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种基于相变材料的地板。
背景技术
我国建筑能耗的总量逐年上升，建筑节能技术的研究和应用显得尤其迫切和十分重要。地板是用于房屋地面或楼面的表面层的建筑材料，是有木料或其他材料制造而成的。
在冬季，我国北方城市的主要污染来源于燃煤取暖而造成的粉尘和有害气体的排放。社会急需推出新的无污染或低污染的供暖取暖方式。地板供暖是现有技术中的一个研究方向。
现有技术下的地板隔音性能差，且不能根据室内温度的变化自动调节温度，不能对室内起到保温的作用。
发明内容
本发明提供一种基于相变材料的地板，用于对室内的地板温度进行智能控制。
本发明第一方面提供一种基于相变材料的地板，包括：
地板层、相变材料层、均衡发热层、隔热材料层以及温度控制装置；
所述地板层设置在表层，所述隔热材料层设置在底层，所述均衡发热层设置在所述隔热材料层的上方，所述相变材料层设置在所述地板层和所述均衡发热层之间；
所述均衡发热层与所述温度控制装置通电连接。
在一种实施方式中，所述均衡发热层包括：电阻丝加热模块或水加热模块。
在一种实施方式中，所述相变材料层的制备材料包括：相变粉体和吸附载体；
所述相变粉体包括：石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或烷烃蜡中的至少一种；
所述吸附载体包括：石墨或气凝胶。
在一种实施方式中，所述均衡发热层包括：局部发热点和均热材料；
所述局部发热点设置在所述均衡发热层的四角；
所述均热材料包括：氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化锌、碳化硅、石墨片、石墨烯加铜箔金属复合材料、石墨粉和碳纳米管的至少一种。
在一种实施方式中，所述地板还包括：隔音保温层；
所述隔音保温层设置在所述地板层和所述相变材料层之间。
在一种实施方式中，所述地板还包括：温度传感装置，所述温度传感装置设置在所述地板层的下方；所述温度传感装置包括N个温度传感器，所述N为大于或等于2的整数；
N个所述传感器均匀设置在所述地板层的下方。
在一种实施方式中，所述温度控制装置用于：
获取用户设定温度和所述N个温度传感器的平均温度，所述用户设定温度为用户在温度控制装置上设定的目标温度；
确定所述用户设定温度与所述平均温度的差值，若所述差值大于第一阈值，则通电所述均衡发热层进行加热；所述第一阈值为判断是否启动加热的参考阈值。
在一种实施方式中，所述温度控制装置还用于：
获取用户设定的保温时长；
根据所述保温时长、所述用户设定温度、所述相变材料层的导热系数和所述相变材料层的导热面积，计算所述均衡发热层的加热时间；
根据所述加热时间对所述均衡发热层进行加热。
在一种实施方式中，所述地板层、所述相变材料层、所述均衡发热层以及所述隔热材料层的任意两层之间，至少有一组使用连接材料进行粘接；
所述连接材料包括：导热塑料胶，水泥或石灰浆。
在一种实施方式中，所述地板层的材质包括：木材、全抛釉、抛光砖、微晶石、釉面砖、通体砖或渗花砖。
由上可见，本发明方案中的地板具有相变材料层和均衡发热层，相变材料层能够通过转变物理形态吸收该均衡发热层产生的热量，进行有效得储热，在相同的加热时间下，本发明实施例中地板的储热效率更高；由于相变材料的特征，相变材料层能够缓慢的向地板层释放热量，达到持续供暖的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于相变材料的地板的实施例示意图；
图2为本发明提供的基于相变材料的地板的另一实施例示意图；
图3为本发明提供的基于相变材料的地板的另一实施例示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参考图1，本发明实施例提供一种基于相变材料的地板，包括：
地板层101、相变材料层102、均衡发热层103、隔热材料层104、温度传感装置(图中未标示)以及温度控制装置(图中未标示)；
所述地板层101设置在表层，所述隔热材料层104设置在底层，所述均衡发热层103设置在所述隔热材料层104的上方，所述相变材料层102设置在所述地板层101和所述均衡发热层103之间；
所述温度传感装置设置在所述地板层的下方，所述温度传感装置和所述均衡发热层分别与所述温度控制装置通电连接。
在本发明实施例中，地板层101、相变材料层102、均衡发热层103以及隔热材料层104依次层叠排布。在实际应用中，温度控制装置可以对均衡发热层103进行通电加热，通过隔热材料层104阻隔热量往底面方向上流失，在顶面方向上，均衡发热层103迅速地将热量传导到该相变材料层102中，使得相变材料层102中的相变粉体液化。在均衡发热层103通电结束后，相变材料层102还可以持续向地板层101散发热量。
具体的，所述温度传感装置包括N个温度传感器，所述N为大于或等于2的整数；N个所述传感器均匀设置在所述地板层的下方。所述均匀设置指的是根据传感器的数量在地板下方所在平面上设置传感器，使得每个传感器所检测的区域大致均等。其中，每个传感器都与温度控制装置，使得温度控制装置可获知地板层相应位置的温度信息。
可选的，在一种实施方式中，所述均衡发热层可以为电阻丝加热模块或水加热模块。
具体的，所述温度控制装置包括有处理器，用于传感数据处理以及控制信号的处理。进一步的，还可以包括有用户操作模块，该用户操作模块可以包括有用户操控界面(如，触控屏幕)，用户可以在该用户操控界面上进行温度设定和查看地板温度信息等操作。
可选的，所述地板层、所述相变材料层、所述均衡发热层以及所述隔热材料层的任意两层之间，至少有一组使用连接材料进行粘接；所述连接材料包括：导热塑料胶，水泥或石灰浆。
为了提高地板内部的导热性能，可以采用导热塑料胶作为黏合材料。
可选的，所述地板层的材质包括：木材、全抛釉、抛光砖、微晶石、釉面砖、通体砖或渗花砖。
在本发明实施例中，本发明方案中的地板具有相变材料层和均衡发热层，相变材料层能够通过转变物理形态吸收该均衡发热层产生的热量，进行有效得储热，在相同的加热时间下，本发明实施例中地板的储热效率更高；由于相变材料的特征，相变材料层能够缓慢的向地板层释放热量，达到持续供暖的效果。
实施例二
在实际应用中，相变材料一般采用固-液转化的材料，该种材料在相变过程中有液相产生，易泄漏污染环境，并影响相变效果；并且，由于该种材料在相变过程中有液相产生，与其结合制成的地板的耐热、耐老化性能差，影响复合地板的使用寿命。
针对于上述问题本发明实施例提出了相应的解决方案，包括：
相变材料层的制备材料包括：相变粉体和吸附载体；
所述相变粉体包括：石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或烷烃蜡中的至少一种；
所述吸附载体包括：石墨或气凝胶。
若所述吸附载体为石墨，则所述石墨为蠕虫状膨胀石墨；每100份重量的所述相变材料层的制备材料中，有99至99.5份所述相变粉体存在，有0.5至1份所述蠕虫状膨胀石墨存在；所述蠕虫状膨胀石墨的膨胀率为100-600ml/g，粒度为100-200目，膨胀倍数为200-600倍，堆积密度为0.2～0.5g/cm3。
在本申请实施例中，可以选用蠕虫状膨胀石墨作为吸附材料，蠕虫状膨胀石墨由天然鳞片石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，膨胀石墨除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑、耐辐射、导电性等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物相容性、耐辐射性等特性，由于疏松多孔，比表面积大，因此对相变粉体的吸附能力非常强，只需要采用较少重量份的蠕虫状膨胀石墨就可以完成对相变物质的吸附，当然，蠕虫状膨胀石墨不能太少，太少无法完全吸附住相变物质；蠕虫状膨胀石墨也不能太多，太多的话一方面增加成本和降低产品的热焓值，同时，降低了石墨吸附相变储能粉体相变焓，降低了产品的储热性能，因此，针对不同的粉体，恰好能够完全吸附完相变粉体的重量比是最优的。
在本申请实施例中，也可以选用气凝胶作为吸附材料，气凝胶导热系数低，保温隔热效果好，理化性质稳定，高温不燃，完全防水，且无毒害，绿色环保，且比表面积大，对相变粉体的吸附能力非常强，只需要采用较少重量份的气凝胶就可以完成对相变物质的吸附，当然，气凝胶不能太少，太少无法完全吸附住相变物质；气凝胶也不能太多，太多的话一方面增加成本和产品的重量，同时，降低了气凝胶吸附相变储能粉体的相变焓，降低了产品的储热性能，因此，针对不同的相变粉体，恰好能够完全吸附完相变粉体的重量比是最优的。
示例性的，若所述吸附载体为气凝胶，则每100份重量的所述相变材料层的制备材料中，有50至90份所述相变粉体存在，有10至50份所述气凝胶存在；所述气凝胶的比表面积为100-300㎡/g，粒径为5-60nm。
在本发明实施例中，由于提供了有效的相变粉体的吸附载体。当相变粉体处于液态时，石墨或气凝胶能保证相变材料层不会发生相变液体的渗漏，有效得提高了地板的使用寿命。
实施例三
在现有技术中，加热层和导热层是分开设置的，导致地板的结构较厚，本发明实施例采用了均衡加热层的方案，包括：
请参阅图2，在本发明实施例中，均衡发热层包括：局部发热点和均热材料；其中，所述局部发热点包括有M个，所述M为大于或等于2的整数；具体的，所述局部发热点可以设置在所述均衡发热层的四角(如图2所示)，或者，为了使得加热更加均衡，除了4角，所述均衡发热层的正中间也可以设置一个局部发热点。具体的，局部发热点可以为加热金属丝的结构，且均热材料具有绝缘功能，均热材料通过包裹着局部发热点的方式设置(即在局部发热点的竖直方向上，均衡发热层与相变材料层接触面还是均热材料)。
所述均热材料包括：氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化锌、碳化硅、石墨粉和碳纳米管的至少一种。
由于相变材料的原因，本发明实施例中的地板能够有效的储热，因此，可以采用单点局部发热的方式来产生热量。在局部发热点产生的热量之后，均热材料能迅速地将热量由点及面的传导，在热量扩散到均衡发热层的整个“面”之后，大部分热量又被相变材料层迅速地吸收，由相变材料层慢慢地向地板层传导，达到持续供热的效果。而在传统的加热地板中，由于储热性能不佳，只能采用大面积的加热的方式来实现持续供暖，因此，加热的装置只能设置成加热层，而无法采用局部加热的模式。
实施例四
在现有技术中，若采用木质地板，则用户在踩踏地板时，会有明显的声音，本发明实施例提供了相应的解决方案，请参阅图3，包括：
在本发明实施例中，所述地板还包括：隔音保温层。地板层101、隔音保温层105、相变材料层102、均衡发热层103以及隔热材料层104依次层叠排布。即，所述隔音保温层设置在所述地板层和所述相变材料层之间。
具体的，所述隔音保温层的主要材质可以为海绵。海绵除了能有效隔音之外，还可以提高地板在顶面方向的保温功能。
实施例五
在实际应用中，用户可以通过操控界面对地板的加热状态和模式进行设置，包括：
若用户选择全日恒温的模式，则需要用户选择一个“用户设定温度”，且地板的传感器实时的(每间隔1分钟或5分钟)采集地板层的温度，然后每个传感器都将其监测到的温度发送给温度控制装置。温度控制装置获取用户设定温度和所述N个温度传感器的平均温度，所述用户设定温度为用户在温度控制装置上设定的目标温度；确定所述用户设定温度与所述平均温度的差值，若所述差值大于第一阈值，则通电所述均衡发热层进行加热；所述第一阈值为判断是否启动加热的参考阈值。
若用户选择在特定时间段内保温的模式，则需要用户选择一个“用户设定温度”以及“用户设定的保温时长”，然后传感器在用户设定的时间段内实时地采集地板层的温度。温度控制装置获取用户设定的保温时长；根据所述保温时长、所述用户设定温度、所述相变材料层的导热系数和所述相变材料层的导热面积，计算所述均衡发热层的加热时间；根据所述加热时间对所述均衡发热层进行加热。
具体的，上述用户设定的时间段为用户在所述温控设定装置上设定的具体时间点，用户通过所述温度控制装置设定某一时间点达到某个温度值后，所述温度控制装置获取N个温度传感器当前的平均温度，所述当前的平均温度为当前所述地板层的温度，并与用户设定的温度值进行比较，再根据所述相变材料的导热系数和所述相变化材料层的导热面积计算所述加热器的通电时间，所述相变材料的导热系数为5～7W/m.k，在到达用户指定时间前，通过向所述加热器发出脉冲控制电流，控制所述加热器对所述相变化材料层进行加热，使得所述地板层温度在用户设定的时间点能够达到用户设定的温度，能够满足用户提前较长一段时间设定好温度和时间，期间通过所述温度控制装置计算出所述加热器的通电时间，根据需要的通电时间，在到达用户设定时间前开始加热，不仅能够节能，而且能够增加用户使用所述地板层的设定温度的时间选择范围，提高了用户使用所述地板层的自主性，可以提前较长一段时间进行设定。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于相变材料的地板，其特征在于，包括：
地板层、相变材料层、均衡发热层、隔热材料层以及温度控制装置；
所述地板层设置在表层，所述隔热材料层设置在底层，所述均衡发热层设置在所述隔热材料层的上方，所述相变材料层设置在所述地板层和所述均衡发热层之间；
所述温度传感装置设置在所述地板层的下方，所述温度传感装置和所述均衡发热层与所述温度控制装置通电连接。
2.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述相变材料层的制备材料包括：相变粉体和吸附载体；
所述相变粉体包括：石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或烷烃蜡中的至少一种；
所述吸附载体包括：石墨或气凝胶。
3.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述均衡发热层包括：电阻丝加热模块或水加热模块。
4.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述均衡发热层包括：局部发热点和均热材料；
所述局部发热点包括有M个，所述M为大于或等于2的整数；
所述均热材料包括：氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化锌、碳化硅、石墨片、石墨烯加铜箔金属复合材料、石墨粉和碳纳米管的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述地板还包括：隔音保温层；
所述隔音保温层设置在所述地板层和所述相变材料层之间。
6.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述地板还包括：温度传感装置，所述温度传感装置设置在所述地板层的下方；
所述温度传感装置包括N个温度传感器，所述N为大于或等于2的整数；
N个所述传感器均匀设置在所述地板层的下方。
7.根据权利要求6所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述温度控制装置用于：
获取用户设定温度和所述N个温度传感器的平均温度，所述用户设定温度为用户在温度控制装置上设定的目标温度；
确定所述用户设定温度与所述平均温度的差值，若所述差值大于第一阈值，则通电所述均衡发热层进行加热；所述第一阈值为判断是否启动加热的参考阈值。
8.根据权利要求7所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述温度控制装置还用于：
获取用户设定的保温时长；
根据所述保温时长、所述用户设定温度、所述相变材料层的导热系数和所述相变材料层的导热面积，计算所述均衡发热层的加热时间；
根据所述加热时间对所述均衡发热层进行加热。
9.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述地板层、所述相变材料层、所述均衡发热层以及所述隔热材料层的任意两层之间，至少有一组使用连接材料进行粘接；
所述连接材料包括：导热塑料胶，水泥或石灰浆。
10.根据权利要求1所述的基于相变材料的地板，其特征在于，所述地板层的材质包括：木材、全抛釉、抛光砖、微晶石、釉面砖、通体砖或渗花砖。
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