多孔建筑材料湿扩散系数研究

The building energy consumption and indoor thermal and moisture environment are closely related to the thermal and moisture performance of the porous building materials. But, it is truly difficult to put numerous theoretical models into practice because the material property parameters are very short. So the architects could not analysis the influence for coupled heat and mass transfer to thermal and humid environment and building energy consumption. In this way, the building could not reach expected goal.According to the completed National Natural Science Funds Projects and National Science and Technology Planning Projects, this project's work is as follows: 1.The formula for moisture diffusion coefficient is determined and simplified according to Fourier law, Fick law, Darcy law and non-equilibrium thermodynamics. 2. Inverse Technique is to be used for solving the moisture diffusion coefficient. 3. The material property parameters are verified by experiment. In the project, a relatively simple method is found to accurately determine on the material moisture property parameters, and the theoretical basis is established for basic database of building materials. The progress of the energy efficiency and technical level of thermal technique of building are promoted also.

多孔建筑材料中热湿迁移理论与实验研究是我国建筑节能与热工领域急需研究和解决的问题, 也是近年来世界各国建筑热工领域的研究前沿。围护结构的热湿性能与建筑整体能耗和室内的热湿环境息息相关，由于缺少热、湿物性的一些基本参数，很难根据现有的理论模型分析实际的多孔建筑围护结构的热湿耦合传递对建筑热湿环境和能耗的影响，所设计的建筑就难达到预期的节能效果。本项目将开展如下工作：1、在傅里叶定律、Fick定律、达西定律，以及非平衡热力学理论等基础上，建立多孔建筑材料湿扩散系数的计算方法；并进行合理的简化得到工程应用公式。2、利用由果及因的反问题方法，通过测试材料热湿迁移特性等参数，用参数识别解决湿扩散系数的求解问题。3、采用干杯法和湿杯法对材料物性参数的实验验证。本项目研究为准确的确定材料湿传递的相关物性寻找一种相对简单的方法，为建立建筑材料的基本数据库奠定理论基础，进而推动我国建筑热工技术的跨越式发展。

建筑围护结构除了为人们提供安全、隐私需求的同时，还具有采光、保温、隔热、遮阳、通风、视野、隔声等环境功能，而围护结构热量损失占建筑能耗的50％以上。因此，建筑围护结构的热物理性能直接与节能建筑的热工设计具有密切的关系。在进行建筑围护结构热湿过程及建筑环境分析时，建筑材料的物理性质是必不可少的重要参数。关于多孔建筑材料的湿扩散系数的研究是该领域研究热点，在国内外一直难以得到全面、准确的测定和计算，也是困扰本学科研究的难点。.本课题着眼于多孔建筑材料的湿扩散系数性质的研究，从材料热质传递理论分析、计算，到测试方法，针对现有研究成果中的难点和技术瓶颈问题，展开研究，其主要研究内容如下：.（1）对多孔材料连通与非连通不同的孔隙率情况下的传热传湿进行研究，得到了适应于描述建筑多孔材料的热湿耦合传递理论模型；.（2）进行了迭代方法的比较和设计了变时间步长以节约仿真时间的方法，研究了湿扩散系数反问题的求解方法；.（3）完善与发展材料物性参数的测量方法。.研究成果.（1）以微观结构为基础，通过热湿耦合理论得到了热湿耦合传递理论模型、并借助反问题的求解方法，获得了材料的质扩散系数表达式；.（2）基于模拟退火法构建可以考虑多孔介质基质颗粒形状和尺寸分布等重要结构与统计信息的数值重建模型，编制了计算程序；.（3）研究了湿物性的测试方法，特别是给出了测试试件的推荐尺寸和等温湿平衡曲线的最佳干燥温度。.（4）通过对水蒸气渗透系数和等温吸放湿曲线系统性研究，完成了对加气混凝土、岩棉、保温砂浆等材料的测试，并以实验数据为基础，得到了不同的函数表达形式。.（5）通过理论研究，将多孔轻质混凝土材料连通与非连通孔隙与被动蒸发率进行优化，开发出具有隔湿保温层和表皮气候层的屋面、墙体，其研究成果具有广阔的工程应用前景。.本课题发表论文10余篇，其材料湿物性参数和修正系数相关成果被《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016所采用。