采暖陶瓷墙地砖概述
蔡晓峰
摘 要：本文从热源、结构、施工、运行等方面对目前市场现有的采暖陶瓷砖作初步归纳，在分析其性能特点的基础上，提出一种新型的采暖陶瓷墙地砖方案。
关健词：采暖；陶瓷砖；电热；地暖砖
1 引言
采暖陶瓷墙地砖是指具有室内采暖功能的陶瓷砖，一般可分为采暖地砖和采暖墙砖两大类。普通的陶瓷砖本身不能产生热量，它必须与一定的热源组合后才能通过自身被加热而具有对外辐射热量的功能。
与传统的取暖炉、暖风机、空调机、暖气片等采暖形式相比，采暖陶瓷砖供暖系统可使室内具有地面温度高，上层空间温度低，给人脚暖头凉的舒适感，也符合中医“温足凉顶”的理论，同时可以减轻室内空气干燥感，无噪音、无风速、无扬尘、无废气，保持室内干净、清洁，在潮湿地区可以防止各种风湿疾病，有助于健康，给人以一种清新温暖的良好感觉。
目前，市场上最多的是采暖陶瓷地砖，其种类较多、名称繁杂、各具特点。本文从热源、结构、施工、运行等方面对采暖陶瓷砖作初步归纳，并提出一种新型的采暖陶瓷墙地砖方案。
2 采暖陶瓷砖的热源
目前，采暖陶瓷砖的热源主要有水热和电热两大类。
水热是通过加热盘管将水的热量传递给陶瓷砖，再由陶瓷砖将热量辐射给室内空气，热水温度在60℃左右，热水的来源有热水机、锅炉、温泉等。水热采暖系统相对较为复杂，技术要求高，主要包括：管道的联接、热水的制备、热水的分配、温度的控制等。水热采暖的优点是热容大、温度稳定性好、容易和原有的锅炉供暖系统相对接，无电磁辐射产生。
电热是将电能转化为热能来加热陶瓷砖，再由陶瓷砖将热量辐射给室内空气。目前采用的电热元件主要是由金属或者碳元素制备。市面常见的金属制备的电热元件是金属发热电缆、金属发热带、金属发热箔，其中最常用的是金属发热电缆，如图3、4、5所示。碳是一种导电材料，传统的碳电热元件是用碳黑、石墨制备，其缺点是易被氧化而失效。现在地暖市场上常用的碳制电热元件是由碳纤维或者碳晶制备的发热电缆和发热膜，如图6、7所示。电热采暖陶瓷砖的优点是占用室内空间少、控温准确、采暖系统相对简单、使用维护方便。
3 采暖陶瓷砖的结构形式
3.1 陶瓷砖与热源分体型
这是目前市场上最常见的一种结构，其热源系统与陶瓷砖相对独立，（严格来说它不应称为采暖陶瓷砖，除非陶瓷砖具有特殊的热辐射功能）。在施工中首先在需要采暖的地方铺设独立的水暖或电暖系统，然后再在热源系统上面铺设装饰材料（陶瓷砖、木地板、大理石等）。以地暖陶瓷砖为例，该类地暖自下而上的各层结构分别是：
混凝土层：钢筋混凝土楼板；
隔热层：聚苯乙烯发泡板（XPS板），用来隔绝热量向下传递（也有采用泡沫混凝土）； 上敷热反射膜（无纺布基铝箔材料），阻止向下辐射传热；
钢丝网：固定地热管线，均匀辐射热量，避免局部温度过高，水暖一般采用蘑菇板固定；
地热管线：分为地暖管材（水热，一般为PE-RT、PE-X或PB）或者发热材料（电热，一般为电缆或电热膜）两种不同的供热方式；
填充层：采用砂石混凝土浇制，起到均热蓄热作用；
铺地材料及防潮材料：地暖陶瓷砖。
这种结构的最大优势是装饰适应性广，不需要在铺贴施工前提前定做采暖装饰材料，不仅可用于采暖陶瓷墙地砖，还可用于采暖木地板和大理石。
3.2 陶瓷砖与热源合体型
该结构采暖陶瓷墙地砖只适合电热系统，它是将电热元件通过粘贴、烧附、沉积等方法附着在陶瓷墙地砖底表面上，再采用涂层、有机材料、无机材料等附在电热元件的表面上，使电热元件与外界隔离，起到绝缘、防水防潮、防腐蚀的作用。比如，先将发热电缆或发热丝盘绕在两层绝缘PET薄膜之间，经真空热压密封、制成所需面积规格和所需功率的电发热膜片，再将发热膜片粘贴在相应规格陶瓷砖的背面，按照陶瓷砖-电热膜片-热反射材料-电绝缘材料-保温材料-防水防腐材料的结构顺序组装成电热陶瓷砖。这种结构的最大优势是每块陶瓷墙地砖都是一个独立的发热单元，如采用并联电路，采暖砖可以各自独立工作，相互之间的影响很小，铺贴施工相对简单。
4 采暖陶瓷砖的施工程序
4.1 陶瓷砖与热源分体类型的施工
以电热地暖陶瓷砖施工为例：
（1）安装前，测试发热电缆的标称电阻及绝缘电阻。
（2）在地面上铺设专用保温板，若地面湿度较大，可先铺设一层防水膜，再铺保温板。
（3）在保温板上铺一层热反射铝箔。
（4）在反射铝箔层上铺一层金属网，目的是防止安装的热电缆被压入绝热材料中并起到增强地面抗压强度的作用。
（5） 根据事先设计的发热电缆布置方式从电源接线端开始将发热段均匀铺设在金属网上，并每隔一定距离作一次綁扎，发热电缆不能交叉重叠。之后用混凝土均匀覆盖并包住发热电缆，（混凝土厚度20 ～ 30 mm左右），最后再铺设陶瓷地砖。
4.2陶瓷砖与热源合体类型的施工
（1）测量地暖陶瓷砖安装区域的面积，进行安装策划，确定温控器的安装位置以及地暖陶瓷砖的铺贴数量。
（2）为温控器和接线盒剔槽：按照安装策划图示的位置将温控器的位置确定，再将温控器槽、接线盒槽以及接电源线管槽剔好，最后将温控器暗盒、接线盒安装在指定位置。
（3）找平地面：用1：5的水泥砂浆灰找平地面。
（4）铺贴保温板和热反射膜：在找平地面上铺设保温层，保温层间歇不能大于5 mm，并用粘胶带把缝隙连接起来，在保温层上铺设热反射膜。
（5）检查地暖陶瓷砖的质量：1）检测地暖陶瓷砖在运输和搬运过程中是否有损坏；2）检测地暖陶瓷砖线路是否有损坏或短路现象，功率是否符合要求；3）试铺地暖陶瓷砖，看是否有色差或其他地面缺陷。
（6）铺贴地暖陶瓷砖：1）铺贴地暖陶瓷砖的方法和流程与普通地砖基本一致；2）铺设地暖陶瓷砖最需要注意的问题是必须保证所有的插接头内不能有砂浆或其他杂物且保证把插接头拧紧拧实。
（7）安装温控器，將总电源关掉，把地暖瓷砖连接线与温控器按照说明书上的要求的方法连接好，并用螺旋固定好。
（8）通电试运行和验收确认：通电后检查电源线路，看各项运行数据是否正常，检查每片地暖瓷砖是否处于工作状态，保证系统运行无误。
5 水热和电热陶瓷砖的运行对比
水热和电热陶瓷砖的运行对比见表1。
6 新型电暖陶瓷墙地砖（板）
从上述现有的采暖陶瓷墙地砖的多方面特性比较来看，电热陶瓷砖比水热陶瓷砖要好。从铺贴施工和后期使用维护来看，陶瓷砖与电热源合体型比分体型要有优势。
但是，现有的电热陶瓷砖也还存在一些问题。首先，电暖陶瓷砖工作时会产生一定的电磁场，这是其不足之处。电磁场是由盘绕的细长的发热电缆通电所产生的，只要是线状或长条状的电热元件，通电后都会在其周围产生电磁场。其次，现有电暖陶瓷砖系统中，发热元件与陶瓷砖之间夹着有机绝缘材料、防护材料和粘结材料，有些甚至隔着空气，这就增加了热传导的阻力，降低了热源的有效利用率。
采用陶瓷电热膜作发热材料就可以基本解决以上问题，陶瓷电热膜具有电热转换效率高、使用寿命长、发热速度快、发热温度高的特性，是一种新型的现代高科技电热材料。将陶瓷墙地砖与陶瓷电热膜相复合，可得到一种新型的电暖陶瓷墙地砖，如图8所示。初步构想是，它可由两块陶瓷砖（板）或一块砖（板）加保温防水涂层、陶瓷电热膜、电极、电极引导件、热反射膜组成，其中陶瓷电热膜附着在其中一块陶瓷砖（板）的底面上，电极附着在陶瓷电热膜上，电极引导件一端联在电极上，另一端在陶瓷砖（板）的外表面，热反射膜覆盖在电热膜和电极引导件上，两块陶瓷砖（板）或一块砖（板）与一保温防水涂层将电热膜夹在中间，陶瓷砖（板）之间用粘结剂粘成一个整体，电极引导件从砖（板）之间或砖（板）与保温防水涂层的侧面引出。
该新型电暖陶瓷砖属于瓷砖与热源合体的类型，电热膜与陶瓷砖（板）紧密牢固的粘结为整体，中间没有粘结剂等其它物质产生热阻，因此电热膜所产生的热量能够直接传给陶瓷砖（板），通电后陶瓷砖升温快、电热转换效率很高，即热量的有效利用率很高。陶瓷电热膜在使用中不会被进一步氧化，功率衰减小，使用寿命长，可达30年以上。由于电热膜呈平面状平铺在陶瓷砖的底面上，因此，通电后不会在周围产生电磁场，避免了电磁场在某些场合的不良影响。该新型电暖陶瓷墙地砖可以在36 V安全电压下工作，使用中更无触电的后顾之忧。
采暖陶瓷地砖的表面温度一般在20 ～ 35℃比较舒适，采暖陶瓷墙砖的温度可以高些。对电热采暖陶瓷地砖而言，用于室内采暖的电功率为40 ～ 80 W/m2，房屋保温性能好，采暖系统的热量有效利用率高、取低值、房屋保温性能差，采暖系统的热量有效利用率低、取高值。
随着采暖陶瓷墙地砖的技术进步，可以开发出专门适用于各种应用场合的电热陶瓷产品，如住宅、办公楼、运动场馆使用，畜牧业养殖场使用，军事、工业特殊场合使用等。产品亦可细分市场，向多元化发展，如室内地砖、室外地砖、内墙砖、外墙砖、铺路砖、天台砖、陶瓷瓦等等。
