调湿材料作为调节空气湿度的功能材料在建筑节能、文物保护、医学监护等领域有着广泛的应用前景。由于调湿材料孔隙结构复杂,对水分子的吸附存在物理吸附以及化学吸附,调湿过程具有具体非线性变化的特征,且对于调湿材料孔隙内部的热湿迁移机理及其与孔隙结构的关系仍尚未充分研究。基于上述原因,本文通过对沸石填料的改性制备出一种改性沸石基调湿材料(Zeolite Based Humidity Control Material,ZBHCM),应用分形理论、毛细凝结理论、随机生成重构法、B值法等相关理论和方法,开展了关于沸石基调湿材料调湿性能的实验和数值模拟研究。具体研究内容以及结论如下:(1)开展了沸石填料改性及其性能研究。采用微波辅助氯化铵溶液改性沸石填料,研究了微波活化时间、功率和活化溶液中氯化铵含量对沸石调湿性能的影响,优化了改性沸石的制备条件,并通过扫描电镜,红外光谱分析仪和比表面积分析仪表征了沸石改性前后的表面微观结构。研究结果表明:微波辅助氯化铵溶液活化沸石可以有效拓宽沸石的孔隙容积,利于细小孔隙的形成,从而提高沸石的调湿能力。天然沸石采用100W微波辅助3%氯化铵溶液活化3min改性后的吸附性能最佳。(2)开展了沸石基调湿材料的制备及结构特性研究。将改性沸石填料与其他材料复配,分析不同配比制成的沸石基调湿材料的调湿性能,制备出一种调湿性能良好的沸石基调湿材料(ZBHCM)。通过可视化方法表征ZBHCM的微观孔隙结构和对材料进行液态水接触角测试,采用分形理论和毛细凝结理论初步分析了材料微观孔隙结构与调湿性能的关系。研究结果表明:改性沸石基调湿材料的平均孔隙率、平均盒维数、上、下表面的面积分形维数和流线弯曲度分形维数均大于未改性沸石基调湿材料的相应参数。改性和未改性沸石基调湿材料内的首次宏观毛细凝结现象分别出现在相对湿度为0.62,孔宽度为35nm处和相对湿度为0.74,孔宽度为40nm处。(3)开展了沸石基调湿材料的调湿性能实验研究。针对ZBHCM的调湿特性,分别设计并搭建了静态和动态两套调湿性能测试系统,在两种测试系统中,围绕ZBHCM的调湿性能展开了实验研究。在静态实验过程中,以调湿材料的等温吸放湿曲线作为评价指标,在等温条件下,研究了ZBHCM的调湿性能,并分析了环境温度、相对湿度对其调湿性能的影响。在动态实验过程中,以调湿材料的湿容量和吸、放湿速率作为评价指标,在非等温条件下,分析了自然通风与空调间歇运行工况下,铺设改性沸石基调湿材料的房间与普通房间内空气参数的变化趋势以及材料的气积比对其调湿性能的影响。研究结果表明:在等温静态工况下,环境温度变化对改性沸石基调湿材料的吸放湿性能影响较小。改性沸石基调湿材料的调湿性受空气相对湿度变化的影响较大,环境相对湿度与材料内部湿含量差异越大,材料的调湿性能越好。自然通风房间墙体内侧铺设改性沸石基调湿材料后,室内环境参数更加均匀和稳定。实验房间内调湿板材的气积比越大,室内空气相对湿度和含湿量变化幅度越小。实验结果表明,在室外气候条件变化的情况下,墙体内侧铺设改性沸石基调湿材料并配合空调间歇运行可以缓和室内温度、相对湿度和含湿量等参数的波动。(4)开展了沸石基调湿材料内热湿传递的宏观尺度数值模拟研究。在宏观尺度下,综合场驱动模型和连续介质模型,建立ZBHCM孔隙内热湿迁移模型,结合ZBHCM的物性参数和调湿性能测试结果,进行了模型验证及数值计算,并研究了ZBHCM的孔隙率和环境空气参数对其热湿迁移过程的影响。研究结果表明:随着孔隙率的变化,调湿材料的吸湿曲线和放湿曲线的变化为非均匀,孔隙率越大,调湿材料的调湿效果越好。ZBHCM对环境温度的变化并不敏感。环境中水蒸汽浓度与沸石基调湿材料内的水蒸汽浓度差值越大,沸石基调湿材料的平衡吸放湿量越大。(5)开展了沸石基调湿材料的重构及其微观孔隙内湿迁移研究。利用随机生长法重构了不同孔隙结构的三维沸石基调湿材料模型,结合ZBHCM的孔隙结构特性参数,研究了材料内微观孔隙结构对湿分扩散过程的影响。模拟结果表明:随着多孔介质孔隙率的增加,孔隙之间的连通性增强,连通面积增加。随着生长核概率的增大,多孔介质内部骨架和孔隙形状及孔隙的连通结构更加精细。多孔介质z截面3节点处水蒸气浓度值以及水蒸气扩散平衡所需时间等参数都可以体现其孔隙连通性及其水蒸气的扩散特性,多孔介质z截面3节点的水蒸气浓度梯度越大,水蒸气扩散平衡所需时间越短,多孔介质的孔隙连通性越好,湿分在孔隙中的扩散性也越佳。(6)开展了沸石基调湿材料的应用研究。使用Energyplus软件,在南京冬季气候下,模拟了墙体内侧铺设改性沸石基调湿材料的房间与普通房间内空气环境参数的变化规律。研究结果发现:冬季工况下,改性沸石基调湿材料能够缓和室外气候变化对室内空气环境参数的影响。改性沸石基调湿材料存在最佳铺设厚度,偏离敷设材料的最佳厚度将影响其对于室内环境参数的调节。房间内改性沸石基调湿材料敷设面积为66m~2的空气相对湿度比敷设面积为39m~2的空气相对湿度低5.1%。本文系统从ZBHCM的改性与制备,ZBHCM孔隙结构和热湿特性的实验研究,ZBHCM孔隙中热湿传递过程的宏观与微观层面的理论研究以及ZBHCM敷贴于建筑墙体内侧的应用研究等方面,揭示了ZBHCM的调湿机理。本文的研究为ZBHCM的实际应用提供了理论和技术支撑,也为其他类别调湿材料的研究提供了一定的参考。