调湿围护结构层间界面湿传递机理及吸放湿动态特性研究

Humidity controlling building envelope could adjust the indoor humidity through moisture transfer and buffering, however, the moisture transfer could not be calculated precisely based on the present mathematical model. The water vapor transfer drived by the vapor pressure difference between the air and the building envelope is included in the current heat and moisture transfer model of moisture controlling building envelope, while the water liquid transfer brought by the material contact is ignored.Meanwhile, the liquid water transfer could not be investigated numerically based on the current buiding envelope hygrothermal model, because of the moisture discontinuity of the interface of different layers.The problem exists in the multi-layer porous media hygrothermal transfer field, such as the soil engineering, textile engineering and so on.The project will focus on the moisture transfer mechanism of the interface in the moisture controlling building envelope through theoretical and experimental study. The theoretical heat and moisture transfer model will be established, based on which the moisture buffering characteristics will be investigated. The study contents include: (1) establish the theoretical heat and moisture transfer model, and obtain the liquid water transfer coefficient experimentally; (2) verify the heat and moisture transfer model through experiment; (3) study the vapor transfer and liquid transfer quantitatively and obtain the liquid water impacting factor coefficient to revise the traditional model; (4) based on the above model, conduct the sensitive study of the influencing factors of the moisture controlling building envelope; (5) study the moisture buffering characteristics under different boundary conditions to obtain the moisture buffering performance in the whole year, and validate the results by field test.

调湿围护结构能够通过吸放湿来调节室内湿度，但是现有数学模型难以准确计算调湿材料与围护结构之间的湿传递。在目前的热湿传递数学模型中主要考虑了水蒸气渗透，而忽略了材料接触引起的液态水传递。同时，由于层间界面的湿不连续性，使得现有模型无法计算层间液态水传递。该问题在多层多孔介质热湿传递中普遍存在，如岩土、纺织工程等领域。本课题将围绕调湿围护结构层间界面的水蒸气渗透与液态水传递问题展开机理研究与实验研究，建立能够反映层间界面液态水传递的机理模型，在此基础上研究调湿围护结构的吸放湿规律。研究内容有：（1）建立调湿围护结构湿传递机理模型，通过实验方法测定液态水传递系数；（2）调湿围护结构热湿传递机理模型的实验验证；（3）对水蒸气渗透传递与液态水传递的定量分析，修正传统模型；（4）对调湿围护结构的影响因素进行敏感性分析；（5）不同边界条件下的调湿围护结构吸放湿规律研究，得到全年调湿性能，并通过实验验证。

一、背景.调湿围护结构能够通过吸放湿来调节室内湿度，但是在调湿围护结构的研究过程中，存在诸多的问题，例如：围护结构与室内空气的湿传递系数未知；温度对围护结构与室内的湿传递的影响未知；调湿围护结构在不同的气候条件下应用的效果未知；调湿围护结构面临的实际边界条件较为多变，如果没有一套完整的描述调湿围护结构 的数学模型，则无法计算及预测调湿围护结构的动态调湿效果。所以，需要进行多方面多角度的研究，为调湿围护结构的发展提供坚实的理论基础。.二、研究内容.本课题的研究内容主要分为四个方面：.1、调湿围护结构热湿传递的理论基础研究.2、调湿围护结构湿传递系数的实验研究.3、调湿围护结构的实际应用研究.4、内保温围护结构的结露问题研究.三、重要成果.首先，通过对于调湿围护结构热湿传递的理论基础研究，建立了能够反映调湿围护结构层间湿传递的热湿耦合传递方程组，并且进行了数值求解。.然后，调湿材料的等温吸放湿特性以及水蒸气渗透系数实验，研究了不同调湿材料（硅藻泥抹面板、纸面石膏板和玻镁板）的湿传递特性，设计并制作了调湿围护结构实验箱，以模型实验的方式探究了调湿围护结构的调湿效果。.设计并搭建了以轻质蒸压加气混凝土板及MgO调湿材料为调湿围护结构的现场实验房，并进行了长期监测。.最后，对采用内保温的围护结构的结露问题进行了实验研究，发现采用调湿材料有降低内保温建筑结露的作用。.四、关键数据.1、通过等温吸放湿曲线测试实验的结果表明，玻镁板材料相比硅藻泥抹面板及纸面石膏板有着更出色的吸放湿能力。三种典型的调湿材料的水蒸气渗透系数之间的大小关系为WVP硅藻泥>WVP纸面石膏>WVP玻镁板。2、调湿板材对室内相对湿度的调节效果受各个因素的影响程度为依次为：湿源运行>通风换气>湿源面积>调湿板材面积。3、采用调湿围护结构的房间在冬季的空气含湿量高于一般房间1g/kg以上。.五、科学意义.建筑围护结构对于建筑室内环境和建筑能耗都有着至关重要的影响。但是，建筑围护结构由于结构复杂、内部不可见等原因一直难以被人们主动利用来调节室内环境。调湿围护结构是利用建筑围护结构的大惰性的特点，对建筑湿环境进行调节的手段。通过本课题的研究，对调湿围护结构的材料、湿传递特性、数学物理方法、应用效果等都有了第一手的数据，为进一步研究利用建筑围护结构来优化建筑室内环境奠定了理论基础。