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合現實的建設，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，解決傳統地暖施工煩瑣、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，有機地將供暖纖維融合，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，其化學成分主要是SiO2，含有少量AI2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機質。SiO2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%，氧化鋁含量為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%，能吸收其本身重量1.5～4倍的水，是熱、電、聲的不良導體，熔點1650℃～1750℃，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。硅土的氧化硅多數是非晶體，堿中可溶性硅酸含量為50%～80%。
非晶型SiO2加熱到800℃～1000℃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-TiO2/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-TiO2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。硅纖板中的氧化鈦，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℃、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濾餅表面均勻噴淋黏合劑聚乙烯醇，噴淋量為料漿B濾餅質量的0.7%，將噴淋有黏合劑的料漿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%的黏合劑聚乙烯醇，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%的黏合劑聚乙烯醇，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
該芯片板由熱源感應器模塊、微控制器模塊、繼電模塊和Wi-Fi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Wi-Fi通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭 Wi-Fi，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，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。Wi-Fi通信模塊采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC(3.3V)、UTXD腳接STM32串行通信口RXD、URXD腳接STM32串行通信口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。電路芯片板的繼電輸出模塊，該輸出模塊的輸入端與主控制器的I/O口連接，輸出端通過繼電器連接交變電源，用以控制熱源纖維導熱。
作為優化:所述的熱源感應墊片內裝有電子控制芯片板，所述的電子控制芯片板由熱源感應器模塊、微控制器模塊、繼電輸出模塊和Wi-Fi通信模塊組成。制備優化:熱源感應器模塊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。
作為優化:所述的Wi-Fi通信模塊將該電子控制芯片板可連接到家庭Wi-Fi，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，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。Wi-Fi通信模塊采用ESP8266Wi-Fi通信芯片，GND腳接地、GPIO16連接VCC(3.3V)、UTXD腳接STM32串行通信口RXD、URXD腳接STM32串行通信口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。繼電輸出模塊的輸入端與主控制器的I/O口連接，輸出端通過繼電器連接交變電源，用以控制熱源纖維導熱。
(四)項目創新優勢
(1)本工程項目設計采用暖地板系統，解決了傳統地暖施工煩瑣、供暖與地板分離、成本高、效率低、施工周期長的問題。(2)采用先進的面層處理技術，有機地將供暖纖維融合如地板夾層中，實現多種質感，滿足人們不同的設計需求。(3)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。(4)智能化熱源墊片原理如下: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。
經濟論文投稿刊物：《民營科技》雜志是經國家新聞出版署批準，中國科協科普部、主管主辦的自然科學類期刊。本刊國際標準刊號：ISSN1679-4033 國內統一刊號：CN57-1125/N 郵發代號：24-75 。雜志以一線科教工作者為對象，追蹤科教工作新動態，關注基層科教工作者在其領域內的探索、創新實踐活動和學術研究成果，是廣大科教工作者闡釋觀點的理論平臺。
四、結語
本工程項目設計的智能化感應地暖地板，結構設計合理，環保節能、智能溫控、保溫隔熱等優點，該技術的使用實現了硅土與木質纖維的結合應用，將“節能環保、智能化控制”的設計特色融入了實際工程項目中，推動了我國智能化裝飾材料的革新，并使得建筑裝飾行業向“節能型、智能型、環保型”等綠色鄉村建設的方向發展，結合本次鄉村建筑裝飾空間的應用，為推進更為廣闊的建筑室內空間而不斷創新。
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作者：孟翔李燕蔡彬彬丁帥
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