实木地采暖地板蓄热性能检测技术

【目的】提出一种基于密闭绝热腔体的实木地采暖地板蓄热性能检测方法,并开发采暖地板蓄热性能检测装置,为我国地采暖地板行业产品标准化提供借鉴。【方法】将密闭绝热腔体空间均匀分成L×M×N个小的空间区域,每个小空间内安装温度传感器。将加热到一定温度T_e的实木板材试件置于初始温度为T_0(T_eT_0)的密闭绝热腔体中作为热源向外释放热量。当达到平衡状态后,通过传感器检测每个小空间的温度,根据前后变化的温度差、每个小空间的体积及空气比热容计算试件释放热量前后每个小空间内空气所吸收的热量。对每个小空间内空气吸收的热量进行累加,得出试件释放出的总热量,根据热量与质量比值,计算实木板材在该工况条件下的蓄热性能。【结果】在密闭绝热腔体初始温度20℃、试件温度70℃的工况条件下,对水曲柳、红松和白栎树种地采暖地板分别经过10次测试,得出3种实木地采暖地板的蓄热性能分别为105.70、106.27和101.99 J·℃~(-1)。【结论】基于对实木地采暖地板蓄热性能的检测方法及开发的检测装置,通过对3个树种地采暖地板蓄热性能的多次检测,检测数据方差均小于1.00,表明检测数据较为稳定,能够准确检测出某类树种采暖地板的蓄热性能参数并评价该类地板的蓄热性能。本研究提出的地采暖地板蓄热性能检测方法及开发的检测装置,可为行业或国家标准的建立提供分析方法与仪器,对我国地采暖地板行业产品标准化具有重要意义。     

木质地采暖地板蓄热性能检测及反演方法

【目的】基于传热反问题研究方法,采用BP神经网络对地采暖地板蓄热性能进行反演计算,为地采暖地板蓄热性能分析提供理论和方法支撑。【方法】基于CFD软件构建检测腔体数值模型,模拟获取结构单一样本在不同初始温度(50～130℃范围内每间隔5℃设定一个模拟工况)下散热形成的温度场分布数据,并将初始温度为50、60、70、80、90、100、110、120和130℃的温度场分布数据作为神经网络模型的训练集,初始温度为55、65、75、85、95、105、115和125℃的温度场分布数据作为神经网络模型的测试集。【结果】经反复训练比较,获取较优的神经网络模型,其测试集的平均相对误差(MRE)=0.68%,最大相对误差(MAE)=19.51%,均方误差(MSE)=1.18%,拟合度(R~2)=0.98。基于该神经网络模型,选取白桦、水曲柳、西南桦、柞木4种典型实木地采暖地板样本进行蓄热性能反演计算,结果显示4种实木地采暖地板的蓄热性能表现为柞木西南桦水曲柳白桦。【结论】经训练的神经网络模型可有效预测不同地采暖地板的蓄热性能,基于BP神经网络反演地采暖地板蓄热性能的方法可行。     

基于ANFIS的木质采暖地板温度场预测分析

【目的】提出基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的木质地板蓄热性能温度场预测算法,为木质地板蓄热性能分析提供数据支撑。【方法】以地采暖地板蓄热性能分析仪密闭绝热圆柱腔为研究对象,在腔体内部布设由150个温度传感器组成的6层阵列,将腔体内部分为150个子空间。首先,将腔体内温度传感器序号和时间作为系统输入,传感器阵列采集的温度值作为系统输出,构建ANFIS温度场模型。然后,将所选用的训练数据输入模型,调整相应参数,完成封闭腔温度场时间模型训练。最后,将其他未参与训练数据输入到已训练好的模型中,得到预测值,并通过相应计算公式验证该方法对木质采暖地板温度场预测分析的适用性。【结果】温度场预测值拟合度达0.988以上,拟合误差也控制在较低水平,其中均方误差低于0.19%、最大相对误差低于1.22%、平均相对误差低于0.36%。【结论】基于ANFIS的封闭腔温度场预测模型能够完整表达出试验仪器腔体的温度场特征,且在建模的简化度、泛化能力和稳健性上均具有较好表现,能够用已被训练过的系统较好地对传感器任意时间点进行温度预测。     

基于限幅模糊PID算法的蓄热性能检测仪密闭绝热双腔体温度控制研究

【目的】地采暖地板蓄热性能检测仪采用密闭绝热双腔体结构,对试件进行检测时要求上腔体在900 s内达到设定温度为T_0的初始检测条件,温度误差小于±0.25℃,均匀度小于±0.20℃。针对检测腔体对初始温度的特殊要求,提出一种限幅模糊PID算法,以实现对密闭绝热双腔体腔内温度的快速、精准控制。【方法】首先建立限幅带,设Δe0,且Δe∈N,当测量值与设定值的偏差ε≤|Δe|时,输出增量由PID算法给出;当εΔe或者ε-Δe时,输出增量由模糊推理给出控制输出量。算法中将温度实际值与设定值的误差以及误差变化率划分为若干个论域中的模糊值,并且建立相应的模糊规则,对于任意一个实时温度采样值,控制系统能够自动求出与目标值的偏差,通过模糊算法给出相应的输出量,从而达到上腔体温度快速调节的目的。【结果】1)限幅模糊PID算法在820 s时,上腔体温度达到稳定状态,与原设计相比提前350 s; 2)温度精度达到±0.15℃; 3)腔体内温度均匀度为±0.15℃。【结论】基于限幅模糊PID算法的地采暖地板蓄热性能检测密闭绝热双腔体温度控制系统,可实现通过调节下腔体温度达到对上腔体温度快速、准确调节的目的,为检测初始条件的设定提供可靠保障,提高了整个设备的可靠性,保证了检测结果的准确性。     

基于LS-SVM的采暖木质地板自然对流温度场建模

【目的】在底部具有木质样本热源的圆柱形封闭腔内,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建立自然对流引起的温度场预测模型,研究采暖木质地板蓄热后的温度场分布规律,为后续反演采暖木质地板的蓄热特性提供数据基础。【方法】首先,给出圆柱形封闭腔物理模型的边界条件和木质样本初始温度,根据流体力学定律建立热场传热的质量、动量和能量守恒方程,并用计算流体力学(CFD)软件进行求解。其次,对CFD求解的数据进行归一化处理,并根据木质样本初始温度将归一化后的数据分成训练集和验证集2部分,其中训练集5 481个温度,验证集8组,每组609个温度;利用训练集对LS-SVM模型进行训练,采用果蝇优化算法对模型的核函数参数σ和正则化参数γ进行寻优,得到σ和γ的最优参数组合为[1.0×10~(10),0.06]。最后,应用优化好的模型分别对每个验证集上的温度值进行预测,并与BP神经网络方法的预测结果进行比较。【结果】LS-SVM对不同样本温度场预测的最大拟合度为0.998 9,最小为0.996 8;平均相对误差、最大相对误差和均方误差最大值分别为0.25%、2.6%和0.31%,最小值分别为0.054%、0.84%和0.12%;最长建模时间为12.93 s,最短为12.72 s。与之相比,BP神经网络预测的最大拟合度为0.999 7,最小为0.998 3;平均相对误差、最大相对误差和均方误差最大值分别为0.47%、5.43%和0.63%,最小值分别为0.21%、2.08%和0.33%;最长建模时间为107.15 s,最短为106.23 s。LS-SVM对不同样本温度场预测的拟合误差比BP神经网络方法的预测结果要小一些,拟合度与BP神经网络方法相近,建模和预测需要的时间明显少于BP神经网络。【结论】采用LS-SVM对采暖木质地板的蓄热温度场建模是可行的,该方法适合对小样本建模,泛化性较好,对在试验条件下利用有限数据来对温度场建模和预测具有明显优势,可为后续开展采暖木质地板蓄热机制的反演工作提供指导。     

基于TWSVM和模糊的木质采暖地板蓄热温度预测模型

【目的】围绕木质地板蓄热特性,针对木质地板蓄热后生成的温度场分布建立基于孪生支持向量机(TWSVM)和模糊算法的温度组合预测模型,为后续研究木质地板的蓄热规律提供有效分析手段。【方法】首先,将加热到设定温度的木质地板样本推送至地采暖地板蓄热性能检测仪器的检测腔内自由放热,利用仪器内呈多层环状分布的温度传感器阵列在时间和空间维度上动态提取温度值,并进行滤波降噪和归一化处理。其次,针对建模数据过多导致的TWSVM计算复杂度迅速膨胀问题,将试验数据均匀分块,每个分块数据中的验证集样本随机提取,剩余为训练集样本,采用TWSVM分别训练每个训练集样本,并用对应样本中的验证集进行泛化性验证,运用网格搜索法对TWSVM模型的核函数参数σ、惩罚参数γ和松弛因子ξ进行寻优。最后,基于模糊原理,对验证样本的输入空间构建高斯隶属度函数,并应用隶属度函数将模型预测结果进行模糊叠加,叠加后的输出作为模型最终训练结果。【结果】基于模糊的TWSVM方法预测时间维度下不同样本温度值的最大拟合度为99.59%,最小为98.92%,最长建模时间为186.90 s,最短建模时间为64.39 s;预测空间维度下不同样本温度值的最大拟合度为99.23%,最小为98.96%,最长建模时间为274.37 s,最短建模时间为93.30 s。【结论】TWSVM在计算中涉及矩阵求逆问题,适合对维数较小的数据样本进行建模,由于本研究木质地板蓄热特性需要的温度数据量较大,因此采用TWSVM直接对该试验数据进行建模具有较大局限性;引入模糊方法后,先将温度数据分别在时间和空间维度上分割成多个小的训练样本,然后对每个训练样本分别采用TWSVM建模和训练,根据模糊规则,以每个温度点在模糊函数上的隶属度叠加值来确定最终预测结果,可提高TWSVM方法建模的适应范围,并充分发挥其快速性和泛化性优势。     

地采暖用脂肪酸相变地板储放热性能模拟

【目的】建立传热数学模型,模拟探究一种以脂肪酸共晶混合物为相变材料的地采暖用相变储能地板,为新型地采暖储能地板的开发和应用提供理论基础。【方法】利用差示扫描量热法(DSC)和步冷曲线法分析脂肪酸共晶混合物的热性能,应用DSC和傅里叶红外(FTIR)分析其化学性质和热循环稳定性,确定脂肪酸共晶混合物对地采暖地面环境的适用性,选择脂肪酸共晶混合物作为相变储能地板用相变材料。建立并求解铺设脂肪酸相变地板的电加热地采暖系统传热数学模型,分析其节能性能和供热效果。具体过程为:首先,选择常用的典型房间理论模型,分析地采暖运行条件下室内热动态过程,并设定日夜间歇式地采暖运行模式;然后,建立房间传热模型,计算理论房间冬季室内供暖热负荷,确定相变材料用量以及地板表面与室内空气的换热关系;最后,建立地板传热模型,利用ANSYS软件模拟地采暖间歇式运行模式下脂肪酸相变地板的储放热过程,并观察室内空气温度和地板表面温度的变化规律,分析基于脂肪酸相变地板的电加热地采暖系统的节能性能与供热效果。【结果】脂肪酸共晶混合物相变温度在20～30℃之间,满足地采暖地面环境和人体舒适温度要求;脂肪酸共晶混合物熔程仅2～3℃,供热过程室内温度变化小;脂肪酸共晶混合物化学性质稳定,经过1 500次冻熔循环后熔点和潜热变化仅为0.27℃和1.7%,热循环稳定性突出,可满足在地采暖环境中长时间应用。以脂肪酸共晶混合物为相变材料的相变储能地板应用于地采暖环境中,可实现利用夜晚8 h储热、白天16 h放热的稳定供暖模式,将白天的用电负荷转移至夜晚,达到"移峰填谷"式节能用电目的,同时可将室内空气和地板表面温度控制在人体适宜范围内。【结论】脂肪酸相变地板用于电加热地采暖系统中,供暖和节能效果理想。通过改变脂肪酸共晶混合物的种类和配比,可灵活调整相变温度,使相变储能地板在不同气候地区及热负荷建筑设计的地采暖环境中都能发挥出良好的节能性能和供热效果,具有较大发展潜力。     

实木复合地采暖地板运行工况下的甲醛和VOC释放浓度

【目的】研究实木复合地采暖地板在冬季运行工况下室内温湿度变化及其对地板甲醛和VOC释放浓度的影响,为地采暖地板使用过程中的室内环境质量控制以及相关地采暖用地板的质量检测标准提供参考依据。【方法】构建一个面积约36 m~2的多层实木复合地板辐射供暖系统,供暖末端采用低温热水地板辐射形式。研究供暖季不同运行工况下(包括不同室外温度、不同系统供水温度等)室内温度和湿度分布以及实木复合地采暖地板中甲醛和VOC等有机污染物释放浓度的变化情况,分析地板辐射供暖系统的供热温度分布,探索多层实木复合地采暖地板甲醛和VOC的释放规律及相关影响因素。【结果】在40℃恒定水温地板辐射供暖条件下,室内平均初始温度为14.6℃,甲醛和VOC初始浓度分别为0.01和0.50 mg·m~(-3),随着持续供暖,室内温度逐渐升高,50 h后室内温度上升为20.3℃,甲醛和VOC释放浓度分别为0.04和0.70 mg·m~(-3),运行第20天甲醛和VOC释放浓度达到峰值,分别为0.05和0.86 mg·m~(-3)。在供暖温度上升至50℃时,50 h后室内平均温度为24.2℃,甲醛和VOC释放峰值浓度分别上升为0.11和1.01 mg·m~(-3),在试验供暖周期结束时浓度分别为0.03和0.72 mg·m~(-3)。甲醛和VOC释放浓度与室外温度和室内相对湿度具有一定正相关性,但其波动幅度较小。【结论】多层实木复合地采暖地板的甲醛和VOC释放与室内温湿度都具有正相关性,且受系统运行工况和室外环境的影响;当供暖系统运行温度较高时,在密闭的室内容易造成空气中甲醛等有机污染物含量超标,需进行开窗通风。本研究结果可用于指导实木复合地板采暖系统的使用以及地采暖用地板甲醛和VOC释放限量标准的补充。     

地采暖用木质地板甲醛释放量检测方法的对比

为了定量分析木质地板在地采暖环境中的甲醛释放量,采用自主研发的地采暖环境模拟舱,先加热木质地板,再通过地板向环境散发热量的模拟方法,检测强化木地板的甲醛释放量,并与常规1 m~3气候箱整体加热法的检测结果做比较。结果表明,两种方法检测的地板样品甲醛释放量均随温度、相对湿度升高而增加;在相同温、湿度下,模拟舱法检测结果低于常规1 m~3气候箱的整体加热法。模拟舱更接近真实地采暖环境。     

不同温度条件下浸渍纸层压木质地板的甲醛释放量研究

现今,我国没有专门针对地采暖地板的相关标准。国标 GB 18580—2001 中只对常温条件下 （20 ℃或 23 ℃）地板的甲醛释放量有明确规定,而对于地采暖条件下（30~40 ℃）地板甲醛释放限量值 没有可供参考的科学值。又因为甲醛检测方法不同和测试结果的表征方式不同,使得测试结果可比性差。 试验采用 3 种测试方法,分别对同种地采暖地板样品进甲醛放量的测试,分析在不同溫度条件下甲醛释 放量的变化规律,为测试方法的改进和发展提出合理化建议。     

实木复合硬质聚氨酯保温板地板的热力学模型和隔热效率分析（英文）

【目的】研究实木复合硬质聚氨酯保温板地板的隔热性能,测量不同材料表层装饰面板保温板对电加热地板的温度变化影响,分析电加热地板相比普通实木复合地板节能降耗的原因,从传热学和热力学角度对实木复合硬质聚氨酯保温板地板模型进行传热分析,并对不同材料表层装饰面板对实木复合硬质聚氨酯保温板地板导热性能的影响进行试验验证。【方法】构建2个温度变化测试模型,测量20℃室温下普通电加热地板与实木复合硬质聚氨酯保温板地板0～35 min内的温度变化情况;建立2个封闭模型,测试模型内温度由40℃降至20℃的时长;通过传热学分析,建立实木复合硬质聚氨酯保温板的热力学模型;分别制作以橡木和杨木作为装饰面板的实木复合聚氨酯保温板地板模型,并进行0～30 min的升温对比试验。【结果】升温试验中,单位时间内实木复合硬质聚氨酯保温板地板的底板温度比普通电加热地板的温度上升慢,35 min后二者的底板温度差达到2.0℃。保温试验中,普通电加热地板从40℃降至20℃用时37 min,实木复合硬质聚氨酯保温板地板从40℃降至20℃用时55 min。【结论】热导率低的硬质聚氨酯材料在延缓热量传递方面的性能优异,从而使实木复合硬质聚氨酯保温板地板相比普通电加热地板具有更出色的保温性能,采用传热系数较高的装饰面板的电加热地板会使热量传导效率更高。     

碳纤维木质电热复合地板电热性能研究

以碳纤维导电纸为发热单元,红橡木皮为面板,桉木胶合板为基材制备碳纤维木质电热复合地板,测试分析该种采暖地板的温度-时间效应、红外辐射能谱及辐射骚扰等电热性能。结果表明:碳纤维木质电热复合地板在通电后10 min内升温速率较快,46 min温度基本达到稳定,发热稳定后温度波动较小,具有升温迅速、发热稳定的特性;断电后30 min内降温速率较大,60 min左右温度降至室温,碳纤维木质电热复合地板的蓄热能力不强。碳纤维木质电热复合地板具有远红外辐射特性,发射的远红外波长主要集中在4~25μm,对人体具有一定保健作用。碳纤维木质电热复合地板在9~30 MHz、30~1 000 MHz频率范围内的辐射骚扰场强均远小于国家标准规定的限定域值。碳纤维木质电热复合地板是一种升温快速、发热稳定并具有一定保健效果的采暖地板。     

地采暖用木质地板甲醛释放限量指标探讨

利用1 m3气候箱法测定地采暖用实木复合地板和浸渍纸层压木质地板在23、30、35℃条件下的甲醛释放量,结果表明:1)两种地采暖用木质地板的甲醛释放量均随着测试温度的升高而增加;2)按照GB18580-2017《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》方法,甲醛释放量检测结果不超过0.06mg/m3的样品,在30℃时的甲醛释放量也能达到标准限量要求。建议地采暖用木质地板的甲醛释放限量指标要求修订为≤0.06 mg/m3。     

地采暖环境模拟舱的研制

为了准确地检测地采暖环境下木质地板的甲醛释放量,研制一种模拟地采暖环境的模拟舱。主要介绍该地采暖环境模拟舱的结构组成和工作原理,以及运行测试结果。结果表明,该模拟舱的温度及相对湿度波动范围都在1 m~3气候箱法允许范围内,地板上下表面存在温度梯度,可模拟真实的地面辐射供暖情况。应用模拟舱对浸渍纸层压木质地板和多层实木复合地板的甲醛释放检测值,高于常规1 m~3气候箱法检测值,且低于气候箱整体加热方式下的检测值,能更真实地反映地采暖用木质地板的甲醛释放情况。     

“实木复合地板创新技术”系列之二柞木面板热处理对三层实木复合地板质量的影响

对三层实木复合地板的柞木面板进行热处理改性,探讨热处理工艺对地板质量的影响.结果表明:随热处理温度升高和时间延长,柞木面板的尺寸稳定性提高,硬度随处理时间延长先增后降;地板表面耐龟裂和耐冷热循环性能均达到LY/T 1700-2007《地采暖用木质地板》要求.建议柞木面板热处理工艺为温度160～180℃,时间1.5～2 h.     

柞木面板热处理对三层实木复合地板质量的影响

对三层实木复合地板的柞木面板进行热处理改性,探讨热处理工艺对地板质量的影响。结果表明:随热处理温度升高和时间延长,柞木面板的尺寸稳定性提高,硬度随处理时间延长先增后降;地板表面耐龟裂和耐冷热循环性能均达到LY/T 1700-2007《地采暖用木质地板》要求。建议柞木面板热处理工艺为温度160~180℃,时间1.5~2h。     

柞木面板热处理对三层实木复合地板质量的影响北大核心

对三层实木复合地板的柞木面板进行热处理改性,探讨热处理工艺对地板质量的影响。结果表明：随热处理温度升高和时间延长,柞木面板的尺寸稳定性提高,硬度随处理时间延长先增后降;地板表面耐龟裂和耐冷热循环性能均达到LY/T 1700-2007《地采暖用木质地板》要求。建议柞木面板热处理工艺为温度160~180℃,时间1.5~2h。     

木荷马尾松天然林若干测树因子数量关系的研究

根据木荷、马尾松天然林标准地资料,应用多方程分析对比法研究测树因子胸径、地径、树高、冠幅、枝下高之间的数量关系,筛选出的各测树因子回归方程相关系数均在0．9以上,平均相对误差均小于10％,预估效果较理想,在实践上有应用价值。     

地采暖用浸渍纸层压木质地板1 m~3环境模拟舱甲醛释放回归模型建立

利用具有加热装置的1 m~3环境模拟舱测试的浸渍纸层压木质地板甲醛释放量数据,采用线性和非线性的回归方法,分析地板甲醛释放量与温度、相对湿度、承载率以及时间的关系,建立甲醛释放回归模型。验证结果表明,该模型计算精度较高,能较准确地预测地采暖环境下浸渍纸层压木质地板的甲醛释放量。     

湖南省楠木次生林收获表的研制

【目的】利用湖南省森林资源连续清查样地中楠木数据,编制楠木次生林主要收获表,为林分生长收获预估、鉴定经营效果及制定营林措施提供科学依据。【方法】采用主要生长方程对楠木次生林平均胸径、断面积生长规律进行拟合,以计算平均提升系数的方法将现实林分提升至标准林分状态,利用Reineke模型为基础,加入林分类型效应构建湖南楠木次生林自稀疏混合效应模型,对比Reineke模型和自稀疏混合效应模型拟合结果,筛选拟合效果较好的模型来反映林分自稀疏规律。根据林分各调查因子间相互关系,编制出湖南楠木次生林现实收获表、正常收获表。【结果】修正Weibull方程对各指数级林分平均胸径生长规律的拟合效果最好,12、15指数级林分断面生长规律拟合效果最好的分别是修正Weibull方程和Logistic方程,模型χ2检验显示各指数级林分平均胸径、断面积均有χ2χ02.05,加入林分类型效应的自稀疏混合效应模型AIC、BIC值均比基础模型小,残差分布范围较小且相对均匀,相关系数R2由基础模型的0.681提升为0.796,模型拟合效果较好。【结论】生长方程拟合理论值与林木实际生长情况相符,自稀疏混合效应模型可很好地反映林分自稀疏规律,所编制的楠木次生林收获表精度较高,可为科学制定楠木次生林经营方案提供技术支持。