建筑墙体热湿和空气耦合传递及防微生物滋生控制基础研究

When the inside or surface of building enclosure is in high humidity environment or condensation, which makes building energy consumption increasing, mould growth, indoor air quality (IAQ) deteriorating and durability lower. Vapor transfer theory is used to calculate hygrothermal distribution and determine condensation in building enclosure in engineering generally, without consideration of the influence of heat and air on moisture transfer, meanwhile, ignoring liquid water transfer and capillary condensation and the influence of mould growth.So this project will combine experimental and theoretical methods to analyze pore characteristics of porous materials, hygrothermal distribution of typical building enclosure in steady and unsteady boundary condition, condensation zone and mould growth and so on. Discover pore character of porous materials, coupled of heat, moisture and air transfer mechanism and physical model and mould growth physical model. Obtain the new condensation principle depending on the capillary condensation theory, heat and moisture distribution and mould growth situation, which has a huge meaning for revealing the rule of condensation and mould growth in building enclosure, and which will be the foundation to put forward appropriate avoiding condensation and mould growth controlling method. The achievement of this project will support the experimental and theoretical research of condensation mechanism of building enclosure, offer the technical support and theoretical foundation of avoiding condensation and mould growth of building enclosure, and provide science basis to increase IAQ.

建筑墙体内部或表面在高湿环境或产生结露时会增加建筑能耗、诱发霉菌等微生物滋生，进而导致室内空气品质(IAQ)恶化和墙体耐久性降低等问题发生。工程中一般采用蒸汽渗透理论计算墙体内热湿分布进而判定墙体是否产生结露，该方法忽略热湿和空气相互作用、液态水分迁移和毛细凝结作用对热湿分布的影响，甚至忽略墙体表面微生物滋生对IAQ的影响。本项目将采用实验和理论相结合方法对材料孔隙特性、动态边界条件下典型墙体热湿分布、结露区域和微生物滋生等问题进行研究，探索多孔材料孔隙特性、墙体内热湿和空气耦合传递以及微生物滋生机理，得到判定墙体结露新依据、墙体内热湿分布和微生物滋生情况，对揭示建筑墙体内结露和微生物滋生规律有重要意义，为提出适宜的防结露和微生物滋生的控制方法奠定基础。项目成果为确定墙体结露机理提供实验和理论支撑，为预防墙体结露和微生物滋生提供技术保障和理论基础,为降低建筑能耗和提高IAQ提供科学依据。

建筑墙体内部或表面在高湿环境或产生结露时会增加建筑能耗、诱发霉菌等微生物滋生，进而导致室内空气品质(IAQ)恶化和墙体耐久性降低等问题发生。本项目通过采用实验和理论相结合方法对材料孔隙特性、墙体热湿分布、结露区域、微生物滋生、建筑能耗等问题进行研究，获得建筑材料热湿物性参数及实验理论方法、多孔材料孔隙特性及判定墙体结露新依据、墙体内热湿和空气耦合传递以及微生物滋生机理，墙体内热湿分布特性，建筑室内霉菌滋生现状，影响霉菌生长的因素的敏感性，湿传递对建筑能耗和室内热湿环境影响等。其中建筑材料热湿物性参数决定墙体整体热湿性能，其可靠性决定计算结果的准确性。本课题对墙面材料的热湿物性参数进行理论和实验分析研究，包括材料吸水性能、表面特性对吸水性能影响、等温吸放湿性能、水蒸汽渗透性能、含湿材料导热性能、毛细凝结与孔径大小分布等；通过湿源控制和散湿控制两方面分析墙体防结露控制策略，得到稳态边界条件下初始含湿量、室内温度和相对湿度三个影响因素的敏感性：①初始含湿量越大内部散湿越慢，尤其当相对湿度大于0.95，相对湿度越高越容易产生结露而增加霉菌等微生物滋生；②室内温度越低和相对湿度越高越易于成为墙体的湿源； ③室内温度越高和相对湿度越低越易于使墙体进行散湿。通过分析不同墙体热湿耦合传递模型和霉菌预测生长模型的优缺点，优选出了非稳态墙体热湿耦合传递模型和生物热湿模型，结合两种模型可以更准确的预测墙体表面霉菌的滋生情况。通过敏感性分析法可得霉菌生长速率对不同影响因素的敏感性系数，因素的敏感性系数越大对霉菌生长速率的影响也越大。建筑围护结构的热湿耦合作用对全年供冷、供热能耗、全年建筑总能耗、室内相对湿度情况影响明显，应在空调设备、空调系统选型和环境预测分析时加以考虑，否则会造成空调系统能效下降或达不到控制要求等经济浪费和舒适性问题。发现使用带有调湿模式的空调设备可有效减少室内处于高湿状态的时间。通过机械通风可大大降低室内的相对湿度，同时减小除湿的潜热负荷。换气次数越大，除湿效果越明显。在考虑围护结构湿传递后，室内平均相对湿度显著提高。研究成果对揭示建筑墙体内结露和微生物滋生规律有重要意义，为提出适宜的防结露和微生物滋生的控制方法奠定基础。项目成果为确定墙体结露机理提供实验和理论支撑，为预防墙体结露和微生物滋生提供技术保障和理论基础,为降低建筑能耗和提高IAQ提供科学依据。