调湿材料的湿缓冲性能及其对典型构造外墙热湿响应特性的影响研究

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建筑能耗已接近我国社会经济能源消耗总量的1/3,而且随着我国的发展,该比例还将继续上升。调湿材料可用作绿色被动式调湿,利用自身的多孔特性吸收室内空气中的水分,不仅不消耗能源,而且对提高建筑围护结构的寿命和保证室内人员的健康舒适有重要作用。然而,目前关于调湿材料的研究多集中在对调湿材料改性,按照一定的标准在特定的湿环境中进行吸放湿实验。但是,实际环境中温度和相对湿度都处于动态变化中,而对于调湿材料在不同湿环境中以及含调湿材料的围护结构在实际气象条件作用下的动态吸放湿性能尚缺乏足够的研究。因此,本文选择高岭土、粉煤灰、蒙脱石、膨润土、白沸石五种多孔矿物材料及OSB板、硅酸盐水泥、石膏板等三种建筑调湿材料,参照NORDTEST标准和ISO 24353标准,对八种材料进行了不同湿度区间内的吸放湿实验,并计算得到其实际湿缓冲值,同时对比了两种测试标准下的实际湿缓冲值。此外,利用WUFI软件,对OSB板、硅酸盐水泥砂浆、石膏板、木纤维板、胶合板、水泥石灰砂浆、混凝土、黏土砂浆八种目前常用的建筑调湿材料,在一侧施加固定温湿度作用,另一侧施加动态正弦波变化的温湿度,一维模拟了沿材料厚度方向上的动态热湿传递过程。本文还对混凝土外墙围护结构、实心砖外墙围护结构和自建外墙围护结构在夏热冬暖、夏热冬冷、温暖和寒冷地区实际气候条件下,对敷设建筑调湿材料后内部基体材料和调湿材料内部的含湿量、温度和相对湿度全年动态变化进行数值模拟。结果表明,在典型NORDTEST相对湿度区间(33%-75%),五种多孔矿物材料高岭土、粉煤灰、蒙脱石、膨润土、白沸石的调湿性能评价都达到“好”等级;硅酸盐水泥为“适中”;OSB板为“较为有限”。在NORDTEST实验方案中,33%-75%和55%-95%下的相对区间测量的实际湿缓冲值差距不大;在ISO实验方案的三种湿环境下,在低湿(35%-55%)和中湿(55%-75%)区间测得的实际湿缓冲值差距不大,而在高湿区间(75%-95%)下,由于ISO标准规定的吸湿阶段比NORDTEST的持续时间更长,且材料吸湿与放湿速率不同,使得计算得到的实际湿缓冲值更高。在施加95%以下的固定相对湿度环境时,材料的含湿量随着相对湿度增高稳定上升,但达到95%相对湿度时,材料的含湿量急剧增高,波动也非常剧烈。温湿度正弦波变化使材料的含湿量变化曲线产生类似正弦方式波动。材料内以及围护结构内部各材料层不同厚度处的温度与导热系数和材料厚度有关,但起决定性因素的是室外温度;而相对湿度则主要受材料水蒸气阻力系数的影响。实心砖外墙在不同气候分区中的湿积累最多;混凝土外墙在夏热冬暖和夏热冬冷地区应用需要采取调湿措施;自建围护结构可以减少外界气候对围护结构内部含湿量的影响。OSB板和硅酸盐水泥砂浆是八种建筑调湿材料中调湿性能较佳的材料。
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