CN1726374A - 用于地面供暖的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于地面供暖系统的散热器，包括设置在所述基础层的上侧的复合板，该复合板由作为芯件的树脂薄板和结合到树脂薄板两侧的金属板构成，基础层的内部埋置有用于通过加热介质的管道。具有这种结构的散热器能满足强度、弹性、热传导等方面的要求。

Description

用于地面供暖的散热器

技术领域

本发明涉及一种用于地面供暖(floor heating)的散热器及能利用这种散热器加热的地面结构。

背景技术

最近，在如普通住宅、公寓、旅馆、医院、养老院之类的建筑物中，用于从地面加热室内、以使生活更舒适的地面供暖系统非常流行。通常，这种地面供暖系统的最主要的组成部分是这样一种结构，其中，将内部埋置有用于流过加热介质的管道的基础层设置在支承面上，而将如金属箔之类的传热介质设置在基础层的上侧，以构成散热器，再将覆面材料(facingmaterial)设置在散热器的顶部。已有人对这种地面供暖结构提出了各种改进建议。例如，日本专利申请公开(KOKAI)2002-81662号中建议在所述散热器的金属箔上设置合成树脂薄板层(sheet layer)。这种结构可起保护散热器免被损坏的作用，并有利于更换覆面材料。

最近几年，用于建筑物的地面材料也呈现出多样化。单以覆面材料为例，可列举出硬质木材、石材、薄型规格(thin-gage)的木地面材料、用于公寓的直接铺设的隔音地面材料及如软地毯和缓冲地面(cushion flooring)之类的软覆面材料。所以，将在强度、弹性、热传递性能等方面都符合要求的这些覆面材料中的任何一种用于地面供暖的散热器是理想的。

另外，减小地面供暖单元的厚度的需求日渐增长。其原因基于如下事实，即当对房屋进行改造而引入地面供暖系统时，如果由于地面和门的高度之间的关系等因素使供暖单元较厚，其设置将受到某些条件的限制。普通的地面供暖板的结构是，覆面材料层被一体地层压在基础层上，基础层内埋置有流过供暖介质的管道，在它们之间设置传热层。但是，对于这种结构，由于管道的尺寸使基础层厚度减小受到限制。所以，一般要合理地对减小覆面材料层的厚度进行尝试，该厚度一般约为10到20mm。

但是，利用热水管的地面供暖存在如下问题，虽然几乎不会发生局部过热，而且与利用加热器的地面供暖的情况不同，它能更有效地散热，但如果覆面材料的厚度减小得太多，则存在包括具有铝箔的传热层和基础层在内的一些部件可能损坏的很大危险。另一相关问题是，还存在覆面材料过度翘曲并容易从板上片状剥落的可能性。

发明内容

根据上述问题，本发明的发明人对改进地面供暖系统的结构进行了多年研究，发现将迄今为止被专用于外部建筑材料的金属和树脂层压板应用于地面供暖系统的结构时，具有非常好的效果。本发明就是基于上面的发现而实现的。

因此，本发明的一方面，提供一种用于地面供暖的散热器，其特征在于，将通过使金属板结合到树脂薄板芯的两侧而得到的层压板设置在基础层的上侧，用于流过加热介质的管道被埋置在该基础层内。

附图说明

图1是本发明的用于地面供暖的散热器的一实例的纵剖面图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明。首先解释本发明的用于地面供暖的散热器的结构部件。可使用热水、蒸汽、热油等介质作为通过热管道的加热介质。优选使用热水。通常将柔性管，如交联聚乙烯管、聚丁烯管和铜管用作所述管道。管道的直径可根据如建造建筑物的区域、建筑物中安装地面供暖板的场地、及所用供暖介质的种类和温度之类的各种因素而改变，管道的外径一般为6至10mm，内径为4至6mm。

所述管道被埋置在基础层内。本发明对基础层的材料没有特别的限定，一般优选使用具有良好隔热性能的发泡的合成树脂，实际上采用由这类发泡的合成树脂制成的板。明确地说，这种板状发泡合成树脂产品例如可包括硬质聚氨酯发泡体、硬质聚乙烯发泡体、硬质聚丙烯发泡体、聚苯乙烯发泡体、硬质聚氯乙烯发泡体、聚甲基丙烯酸甲酯发泡体、聚碳酸酯发泡体、聚苯醚发泡体(polyphenylene oxide foam)、及聚苯乙烯与聚乙烯混合物的发泡体。这些产品中，优选采用硬质聚氨酯发泡体和聚苯乙烯发泡体。板的厚度优选在6至50mm的范围内选择。在基础层的下侧可设置隔音件，如无纺纤维。

在构成基础层的板的表面形成用于埋置供暖管道的槽。槽的开口宽度优选与管道的外径相同或略大。优选将槽成形为使它们的垂直于延伸方向的横截面为U形，因为这种形状适合于埋置管道。槽的深度优选等于管道的外径。如果槽的深度大于管道的外径，埋置管道时，在管道上侧形成空隙，这样，来自热介质的热量不能有效地传递到覆面材料，因而降低了地面供暖板的传热效率。

本发明的用于地面供暖的散热器的特征在于，将包括结合到树脂薄板芯两侧的金属板的复合板设置在基础层的上侧。这种复合板本身是现有技术中已知的(例如，参见日本专利3,118,066号)，并广泛用作外部建筑材料，它具有许多优越性能，如重量轻、抗腐蚀、设计适应性强、不受天气影响、外表美观及类似金属的可加工性。

作为树脂薄板，可使用各种类型的树脂，如聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、酚醛树脂和氨基甲酸乙酯树脂。而聚烯烃树脂是较好的。为了具有阻燃性，通常可在树脂中加入无机填充剂，如镁、钙、钡或铝的氧化物、氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐或硫酸盐，一般，其加入量占树脂重量的10-80％。

作为金属板，例如可使用如铝、不锈钢、铁、铜、钛、锡、镍之类的金属或它们的合金制成的板。考虑到可加工性、传热性和刚性，优选铝板。

对复合板的生产方法也没有限制。通常采用的方法是，对基体树脂材料进行挤压成形，以获得薄芯板，然后利用设置在金属板和薄芯板之间的粘合剂膜将金属板结合到所述薄芯板的两侧。作为粘合剂膜，可使用对薄芯板和金属板具有亲合力的热塑性树脂。这种热塑树脂的例子包括乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙类酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯-丙烯酸接枝共聚物及聚乙烯-马来酸酐接枝共聚物。

本发明使用的复合板的厚度一般为0.5至6.0mm，优选为0.7至5.0mm。一般说来，通过增加复合板的芯树脂薄板的厚度可提高板的刚性而对其重量轻的特性没有损害。但应注意到，若树脂薄板太厚可能会影响地面供暖所需的导电性。将所述复合板用于本发明的地面供暖散热器时，一般要求这种复合板具有1,000至10,000kg/mm²的挠性模量，优选的挠性模量为3,000至8,000kg/mm²，因为若挠性模量处于这个范围内，这种板材能保持适当的刚性和弹性，并具有良好的脚踏感觉。过低的挠性模量是不适宜的，因为来自覆面材料的如静荷载或撞击荷载之类的外力施加到复合板上时，这种模量可能对散热的基础层造成损坏。太高的挠性模量也是不适宜的，因为这种板使脚踏地面的感觉太硬。

从以上的描述来看，优选将复合板的层结构设计成使树脂薄板的厚度为0.5至3.0mm，金属板的厚度为0.05至1.0mm。通常结合到薄芯板的两侧的两块金属板基本上采用相同的材料和相同的厚度，以便在地面供暖期间最大程度地减小可能发生的复合板的翘曲。

利用粘合剂层将复合板和基础层相互固定在一起。一般而言，60℃时复合板和基础层的附着力应不小于6N/20mm，优选不小于8N/20mm，这主要是为了防止两层剥离。当人漫步在装有本发明的地面供暖散热器的地面上时，可能因脚踏地面部分而发出声音。为了完全消除这种可能性，用于粘合层的粘合材料优选在5℃时的粘度不大于1,200exp(0.02x)Pa·s，其中粘合层厚度假定为xμm。

只要能满足上述条件，可采用任何种类的粘性材料用于粘合剂层。一般可使用丙烯酸、乙烯基酯类、天然橡胶类和合成橡胶类粘合剂，从较高的粘性以及热阻考虑，这些材料中优选丙烯酸粘合剂。

可将粘合剂涂敷到基础层和复合板之一或两者上，然后再使它们相互粘合，但由于这种工序需花费较多时间和劳动，所以优选使用这样一种操作，其中以几乎相同量的粘合剂涂敷到厚度通常为5至250μm的厚纸板或树脂薄板的两侧，将已涂敷了粘合剂的厚纸板或树脂薄板夹在复合板与基础层之间，以形成粘合层。

理想的情况是，粘合剂层的厚度越小越好。通常粘合剂层的厚度不大于300μm，优选不大于200μm。如果粘合层厚度大于此数值，虽然粘合程度得到提高，而且(脚踏在地面上)发出声音的问题也能改善，但需要过量的粘合剂将使其经济性变差。对粘合剂层厚度的下限没有限制，但在一般的情况下，厚度如果小于30μm，由于厚度过小不能形成符合附着力标准要求的粘合剂层。对于两侧施加了粘合剂的薄板来说，上面提到的粘合剂层的厚度是指除去薄板厚度的厚度。

用于粘合剂层的粘合剂需要从其粘度落入上面限定的范围内的粘合剂中选择。根据本发明的发明人的试验结果，在装有与本发明类似的层状结构的用于地面供暖的散热器的地面内发出响声是由基础层与粘合剂层交界处的分离造成的。分离后的粘合剂层在交界面处处于剥离状态，于是如果像脚踏之类的荷载从上面施加到粘合剂层上时，该层再次粘合到基底上，而当荷载释放时，在交界面处该层再次剥离。应认识到，这种现象的循环反复发生则发出响声。通过使用具有较高附着力和较低粘度的粘合剂，即使粘合剂层较薄能抑制这种声音的产生。一般而言，粘合剂的粘度越高，其附着性就越大，但当使用高粘度的粘合剂时，粘合剂层将变得过硬，这将大大增加产生声音的可能性。粘合剂的粘性太低也是不适宜的，因为它不能提供所需的附着力。

根据以上所述，建议在基础层与复合板之间的附着力在所述温度区域内不小于6N/20mm的前提下，5℃时粘合剂的粘度应不大于1,200exp(0.02x)Pa·s，并且粘合剂层的厚度假定为xμm。这个公式描绘出从许多试验测量得出的边界线，更具体地说，它指出，在粘合剂层的厚度为300μm时，粘合剂的粘度应不大于500,000Pa·s，在250μm厚时不大于200,000Pa·s，在200μm厚时不大于70,000Pa·s，在150μm厚时不大于20,000Pa·s，在100μm厚时不大于9,000Pa·s，在50μm厚时不大于3,000Pa·s。

通常，复合板与粘合剂层之间的附着力小于基板与粘合剂层之间的附着力，这表明，分离和产生声音的问题主要发生在基板与粘合剂层之间。

通常将本发明的用于地面供暖的散热器及附加地安装在复合板上的覆面材料作为能向地面供暖的地面附加装置提供。覆面材料起保护设备表面的缓冲层的作用，它使地面表面更美观并提高了地面的隔音和缓冲质量。这种覆面材料优选为胶合板或发泡橡胶板，在板的表面贴附上面印刷有如木纹之类的图案的塑料薄膜、无纺纤维、增强纸等。覆面材料的厚度太薄将使强度不够，材料易于破碎，而厚度太厚，又将妨碍热量从加热单元向覆面材料表面传递。因此，覆面材料的厚度通常为1至20mm，优选为2至10mm。

在要求覆面材料特别薄的情况下，建议使用1至6mm厚的覆面材料，该材料包括对称地贴附到胶合板两侧的厚度为0.1至2mm的薄板的胶合板。这一厚度范围表明，覆面材料的厚度比传统的顶层厚度小，而现有技术中存在的表面装饰材料翘曲的严重问题可通过采用本发明的、将基本为相同材料和相同厚度的薄板对称地结合到胶合板的两侧的结构来加以避免。因此，由于芯件的上下侧由相同材料构成，所以芯件的上下侧之间的膨胀和收缩的差异减小，从而有效地抑制了翘曲。如果复合板的厚度太薄，生产出的覆面材料强度不够，易于破碎。而且，覆面材料易于翘曲。厚度在上述限定范围内的覆面材料的翘曲允许量标准沿纵向以100mm长为基础，通常不大于0.4mm，优选不大于0.2mm，沿宽度方向以100mm长为基础，不大于1.0mm，优选不大于0.5mm。这种覆面材料不受要安装覆面材料的用于地面供暖的散热器的结构和种类的限制。

用作覆面材料的胶合板可从通常用作建筑材料并具有理想厚度的材料中适当选取。作为贴附到胶合板两侧上的薄板，通常使用10至200μm的厚膜或薄纸板。利用普通的粘合剂可将这些薄板牢固地粘合到胶合板上。薄板表面可用图案(如木纹图案)装饰，以提高美学效果。

一般优选将覆面材料与复合板结合。结合手段可任意选择，例如使用能将覆面材料粘合到合成树脂层上并对它们都没有腐蚀性的粘合剂的方法，或使用双面粘合带粘合到覆面材料上的方法。尤其优选双面粘合带的方法，因为这种方法可使如更换表面装饰材料之类的工作简便。

当实际用作地面供暖设备时，通常不是整个室内空间都放置本发明的用于地面供暖的散热器，而存在一些所谓的空白部分(dummy portions)，这些部分没有加热管道穿过，它们处于基础层之间或房间的端部，这些空白部分通常用木头或发泡树脂填充。复合板可设置在这些空白部分的上方，再将覆面材料安装在复合板之上。基础层和空白部分可用粘合剂或用钉子固定到地板上。在用钉子的情况下，优选使用可选择不同螺纹深度的通用螺钉。这种通用螺钉较好，因为它们的尖头(tip-cut)螺钉端部可使工作效率提高，并具有良好的钻入性能和较高的保持力，而且几乎不使木材开裂。

本发明的用于地面供暖的散热器的安装位置例如在混凝土建筑物的情况下，可以设置在楼板地面表面(slab floor surface)上方或设置在楼板地面表面上的垫衬胶合板(backing plywood)上方，在木式房屋的情况下可设置在垫衬胶合板上方。也可以安装在经过适当加工过的现有的地面上。

至于地面供暖部分和空白部分的施工工程，如果能同时方便地建造这两部分是最理想的。但在现有的状况下，同时建造是不可能的，因为按日本法律规定，空白部分的建造被分类于建筑工程范畴内，致使设备施工复杂化。在将用于地面供暖垫的基础层的树脂发泡体填充在空白部分内的情况下，为了充分固定，需要钉很多钉子。另外，在用粘合剂固定树脂发泡体的情况下可能带来如下问题：由于涂敷的粘合剂层厚度不均匀，可能使粘合存在缺陷，从而引起分离，这样就必须在树脂发泡体上放置重物，而且对其进行处理所需的时间长，以使其不剥离。

建议采用如下的地面隔热板作为一种能解决这些问题的措施。也就是说，使设置在铺设于房间地面上的地面加热垫的周边与所述房间内壁表面之间的空隙内的地面上、和/或没有铺设地面加热垫的部分内的板由树脂发泡体构成，并在所述板的后侧设有多条基本均匀的浅槽间隙(shallow groovepitches)和以固定间隔形成的深槽间隙(deep groove pitches)。将这种板设置在铺设在室内地表面上的地面加热垫的周边和房间内壁之间的地面空隙内，和/或设置在没有铺设地面加热垫的地面部分上。所述板包括树脂发泡体，其特征在于，在板的后侧设有多条基本均匀的浅槽间隙和以固定间隔形成的深槽间隙。

这种地面隔热板在应用中不受内部安装有所述板的用于地面供暖的散热器的结构和类型的限制，而可被广泛使用。将这种板施加于用在空白部分内的垫处时，在由树脂发泡体制成的板的后侧上设有凹凸不平的特殊间隙，这样可调节粘合剂的涂布，并在粘合剂的作用下，将板材牢固地粘附到地表面。

这种地面隔热板包括树脂发泡体，其特征在于，在板材的后侧有多条基本均匀的浅槽间隙以及以固定间隔形成的深槽间隙。浅槽间隙由槽形结构构成，其深度为1至4mm，开口宽度为1至5mm，并以1至30mm的间隔大体均匀地形成。它们在靠近开口的部分上可具有稍微隆起的凸起形状。当槽深度超过4mm时，使用的粘合剂的量将大大增加。浅槽的凹部在垂直于槽延伸的方向上的断面可为半圆形、U形(圆角)、V形、U形(成角度)或其它形状，当然对它们的形状没有具体限制。

如上所述，用粘合剂将重量轻的隔热板粘附到地表面上。如果在板的后侧没有提供上面提到的那种浅槽间隙，则不能非常有效地进行粘接，或者即使粘接了板，也可能发生部分脱落，而使板材隆起。类似的可能性也可在地面加热垫内的基板上看到，但在后一种情况，由于设置受热流体管道等，整个板基本上从上向下分散地固定，所以可减轻上述问题。由于这些浅槽间隙，施加到板后侧上的粘合剂可有效地进入槽内，有效地使板牢固地粘附到地面上。利用粘合剂的表面张力还可提高槽表面的附着力。

深槽间隙的深度和开口宽度一般都是浅槽间隙的深度和开口宽度的两倍以上。也就是说，这些深槽间隙具有槽形结构，其深度为4至40mm，开口宽度为2至10mm，并以50至300mm的固定间隔形成。这些间隙的深度一般是板材厚度的10至80％。它们在靠近开口的部分处具有稍微隆起的凸起。仅有深槽间隙不能产生像浅槽间隙那样明显改善粘合的效果，但通过设置浅槽间隙，可缓解由于板材的弯曲或其它因素引起的不平整，而使板材非常合适地粘合在地面上。

在使用室内的与地面加热垫结合的所述隔热板时，首先将粘合剂施加到具有间隙的板的后侧，并将隔热板固定在地面上。通常将隔热板的高度调整到地面加热垫的基板的高度。然后在板上设置相同的层，即传热层，并在设置到地面加热垫的基础层上时进行表面加工。将地面加热垫设计成具有易于加工的形状和尺寸，并可将多个这种垫设置在地面上。

现参照附图更具体地描述本发明，但应理解到，本发明不受下面所描述实施方式的限制。

在图1中，附图标记1代表11mm厚的发泡的聚苯乙烯基础层，2代表开口宽度和深度都为7.2mm的槽，3代表外径为7.2mm、内径为5mm的加热管(交联聚乙烯制成的柔性管，用于通过加热介质)，4代表具有层状结构的铝和树脂复合板，它是铝/含低密度聚乙烯组分/铝(＝0.115mm/0.770mm/0.115mm，总厚度1mm)(可从Mitsubishi Chemical Functional Products，INC.购得，商标名是ALPOLIC；挠性模量为4,600kg/mm²)。在复合板与基础层1之间插入50μmm厚的粘合剂层5，它通过将丙烯酸粘合剂(在5℃时的粘度为7×10⁴Pa·s)施加到人造纸板(基重：13g/m²)的两例而形成。此外，将覆面材料6粘接到具有双面粘性带(图中未示出)的金属复合板4的上侧表面上。

下面将描述对上述结构的散热器进行附着力确定、包装试验和响声试验的情况。结果表明，附着力为7N/20mm，未发生剥离，并且未产生声音。

(1)附着力的确定

按照JIS Z 0237，通过以90°剥离粘性带来确定附着力。

(2)剥离试验

将已包装的散热器放置在60℃的炉中一星期，然后检查金属板和基础层之间的分离情况。

(3)响声试验

利用加载棒R25，以100m/min的速度和10mm的行程将压荷载从散热器上方施加到50(宽度)×303的散热器试样上，观察是否发出声音，如果发出声音，确定声音的类型。

下面描述对具有装饰纸板(0.1mm厚)/胶合板(2.8mm厚)/装饰纸板(0.1mm厚)的层状结构的覆面材料6进行的测试。纵向挠曲量为0.2mm/100mm，宽度方向的量为0.5mm/100mm，确定这种散热器的挠曲没问题。

(覆面材料挠曲试验)

覆面材料的试样(909mm长，303mm宽)在60℃的炉中放置144小时以上，然后回到室温，此后测量各试样的挠曲量。通过将一根无挠曲(deflection-free)棒(纵向的重量小于60g，宽度方向小于20g)沿下凹的弯曲方向顶住地面材料的一端来确定挠曲量，并测量凹度中心与棒之间的距离。

工业实用性

在本发明的用于地面供暖的散热器中，通过将金属板粘接到树脂薄板芯的两侧制成的复合板设置在埋置有通过加热介质的管道的基础层上而制成复合板，并且再将各种覆面材料施加到复合板上，这样，在将散热器应用于地面供暖设备时，可预料到具有如下效果。对于使用薄覆面材料的散热器，这些效果尤其明显。

(1)形成具有适度的刚性和弹性的地面，因此具有良好的脚踏感觉。

(2)由于极好的传热性能，所以地面供暖效率高。

(3)通过使用金属/树脂/金属合成结构，使复合板具有适度的强度和弹性，并最大程度地减小挠曲，且几乎不变形，所以可长时间保持其质量。

(4)复合板具有很高的强度，并且在发生事故、如在重物落到地面上的情况下，可防止散热器基础层受损。

(5)复合板容易处理且加工方便，所以采用这种复合板的散热器具有较高的生产率。这种散热器的现场施工也很方便。

Claims (11)

1.一种用于地面供暖的散热器，包括基础层，它具有埋置于其内的用于通过加热介质的管道；复合板，它被设置在所述基础层的上侧并通过将金属板粘合到树脂薄板芯的两侧而构成。

2.按照权利要求1所述的散热器，其中，所述复合板的挠性模量为1000至10000kg/mm²。

3.按照权利要求1或2所述的散热器，其中，所述复合板的厚度为0.5至6.0mm。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的散热器，其中，所述树脂薄板的厚度为0.5至3.0mm，所述金属板的厚度为0.05至1.0mm。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的散热器，其中，所述基础层和复合板通过粘合剂层媒介相互固定，所述粘合剂层的粘合剂的粘度在5℃时不大于1200exp(0.02x)Pa·s，其中所述粘合剂层的厚度假设为xμm。

6.按照权利要求4所述的散热器，其中，所述粘合剂层的厚度不厚于300μm。

7.一种可供暖的地面结构，它包括权利要求1至6中任一项所述的用于地面供暖的散热器和设置在散热器上侧的覆面材料。

8.按照权利要求7所述的地面结构，其中，所述覆面材料的厚度为1至10mm。

9.按照权利要求7或8所述的地面结构，其中，所述覆面材料是厚度为1至6mm的复合板，该复合板是通过将0.1至2mm厚的薄板结合到胶合板的两侧而制成的。

10.一种用于地面供暖的覆面材料，它是通过将0.1至2mm厚的薄板结合到胶合板的两侧而制成的，其厚度为1至6mm。

11.一种地面隔热板，其中，所述板被设置在所述地面上的、铺设于房间地面上的地面加热垫的周边和所述房间的内壁表面之间的空隙内，和/或被设置在未铺设地面加热垫的部分内，该板包括树脂发泡体，并在所述板的后侧设有多条基本均匀的浅槽间隙和以固定间隔形成的深槽间隙。

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