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摘要：为提高生土墙体的热工性能，提高生土建筑的热舒适性。本文在建立了以温度和相对湿度为驱动势的热湿耦合迁移模型，并利用有限元的方法模拟了墙体的热湿传递，研究了不同保温形式下生土墙体的热湿性能。结果表明：两种保温形式均能够有效减小室外温度的影响，并且温度梯度均集中在保温层内;当保温层位置靠近温度较高的一侧时，保温层与主体墙体交界面处产生湿累积的风险更大。此外，两种墙体的热量传递规律表明外保温墙体的保温隔热效果都要优于内保温墙体。因此，在生土墙体的热工性能优化中，外保温的适用性更高
关键词：外墙外保温;外墙内保温;热湿性能;生土墙体
生土材料作为建筑材料使用已有上千年的历史，目前世界上仍有1/3的人口居住在生土建筑中。事实上，生土建筑的优势明显，具有造价低、可循环利用、能够调节室内的温湿度的优点。然而当前生土建筑大多是由当地居民采用传统经验自行建造而成的，这些生土建筑在热工性能上普遍存在一定的问题，导致其在居住舒适度等方面存在诸多问题，因而限制了生土建筑的应用。
对此，有学者对其进行了热工性能的优化，改善生土建筑室内的热舒适性，然而并未考虑湿传递对墙体热性能的影响。此外，在墙体的热工性能优化的措施中，选择合适的保温形式也是至关重要的。因此，本文在前人研究的基础上，研究了不同保温形式下生土墙体的热湿性能，为生土建筑的改造、维护及设计提供一定的理论依据。
1 热湿控制方程
本文以温度和相对湿度分别作为热、湿驱动势，根据能量守恒及质量守恒，热湿传递控制方程可以写成：
（1）
式中：
（2）
（3）
（4）
（5）
式中， Psat为饱和水蒸气压力，Pa; δv 为水蒸气渗透系数，s;Dl为液态水渗透系数，s;ρl为水的密度，kg/m3;Mw为水的摩尔质量，g/mol;w为材料的体积含湿量，kg/m3;ρm为材料的密度，kg/m3;cp，m为材料的定压比热，J/（kg·K）;cp，l为液态水的定压比热，J/（kg·K）;h?（T）为水蒸汽化潜热，J/kg。
2 实例计算及结果分析
2.1 模型设置及计算条件
本文模拟了内外保温两种形式生土墙体的热湿传递。其中外保温墙体从外向内依次为水泥砂浆层-保温层-夯土层-水泥砂浆层。模拟中分别计算了夏季和冬季的工况，冬季工况下室外温湿度分别为5 ℃和80%，室内温湿度及初始值分别为15℃和60%;夏季工况下室外温湿度分别为32 ℃和87%，室内温湿度分别为24℃和60%。
2.2 结果与讨论
如图1，外保温墙体夏季工况下在相同时间节点下靠近外表面处的温度要比内保温墙体高0.5 ℃，而冬季工况下该处的温度要比内保温墙体低0.3 ℃，这说明外保温墙体更易受室外侧环境的影响。此外，两种墙体都是在XPS保温层内的温度梯度最大，这主要是由于保温层的热阻大，减少了热量传递。
图1 墙体内部的温度分布
图2 保温层与生土材料层交界面处的相对湿度
图3 内表面的热流量
图2是墙体保温层与生土材料层交界面处的相对湿度变化。对于夏季工况，外保温墙体在该交界面处的相对湿度会显著上升，这说明外保温墙体在夏季工况下湿累积的风险要高于内保温墙体。冬季工况内保温墙体在该界面处的相对湿度会有略微的上升，外保温墙体下降。由此可知，当保温层位于温度较高的一侧时，保温层与主体墙体交界面处产生湿累积的风险会升高。
图3是通过墙体内表面的热流量，正值表示墙体吸收热量。夏季工况下，内保温墙体向室内的放热量大于外保温墙体，而在冬季工况，内保温墙体的吸热量大于外保温墙体。该结果说明外保温墙体的保温隔热效果要优于内保温墙体。
3 结论
本文在考虑湿传递影响的基础上，利用热湿耦合模型对不同保温形式的生土墙体的热湿性能进行了分析，得到了以下结论：
（1）两种墙体的温度梯度集中在保温层内，并且内表面处的温度主要受室内温度的影响。
（2）當保温层位置靠近温度较高的一侧时，墙体产生湿累积的风险更大。
（3）受墙体内表面湿迁移的影响，外保温墙体的节能性优于内保温墙体。
（作者单位：西南科技大学 土木工程与建筑学院）
关键词：外墙外保温;外墙内保温;热湿性能;生土墙体
生土材料作为建筑材料使用已有上千年的历史，目前世界上仍有1/3的人口居住在生土建筑中。事实上，生土建筑的优势明显，具有造价低、可循环利用、能够调节室内的温湿度的优点。然而当前生土建筑大多是由当地居民采用传统经验自行建造而成的，这些生土建筑在热工性能上普遍存在一定的问题，导致其在居住舒适度等方面存在诸多问题，因而限制了生土建筑的应用。
对此，有学者对其进行了热工性能的优化，改善生土建筑室内的热舒适性，然而并未考虑湿传递对墙体热性能的影响。此外，在墙体的热工性能优化的措施中，选择合适的保温形式也是至关重要的。因此，本文在前人研究的基础上，研究了不同保温形式下生土墙体的热湿性能，为生土建筑的改造、维护及设计提供一定的理论依据。
1 热湿控制方程
本文以温度和相对湿度分别作为热、湿驱动势，根据能量守恒及质量守恒，热湿传递控制方程可以写成：
（1）
式中：
（2）
（3）
（4）
（5）
式中， Psat为饱和水蒸气压力，Pa; δv 为水蒸气渗透系数，s;Dl为液态水渗透系数，s;ρl为水的密度，kg/m3;Mw为水的摩尔质量，g/mol;w为材料的体积含湿量，kg/m3;ρm为材料的密度，kg/m3;cp，m为材料的定压比热，J/（kg·K）;cp，l为液态水的定压比热，J/（kg·K）;h?（T）为水蒸汽化潜热，J/kg。
2 实例计算及结果分析
2.1 模型设置及计算条件
本文模拟了内外保温两种形式生土墙体的热湿传递。其中外保温墙体从外向内依次为水泥砂浆层-保温层-夯土层-水泥砂浆层。模拟中分别计算了夏季和冬季的工况，冬季工况下室外温湿度分别为5 ℃和80%，室内温湿度及初始值分别为15℃和60%;夏季工况下室外温湿度分别为32 ℃和87%，室内温湿度分别为24℃和60%。
2.2 结果与讨论
如图1，外保温墙体夏季工况下在相同时间节点下靠近外表面处的温度要比内保温墙体高0.5 ℃，而冬季工况下该处的温度要比内保温墙体低0.3 ℃，这说明外保温墙体更易受室外侧环境的影响。此外，两种墙体都是在XPS保温层内的温度梯度最大，这主要是由于保温层的热阻大，减少了热量传递。
图1 墙体内部的温度分布
图2 保温层与生土材料层交界面处的相对湿度
图3 内表面的热流量
图2是墙体保温层与生土材料层交界面处的相对湿度变化。对于夏季工况，外保温墙体在该交界面处的相对湿度会显著上升，这说明外保温墙体在夏季工况下湿累积的风险要高于内保温墙体。冬季工况内保温墙体在该界面处的相对湿度会有略微的上升，外保温墙体下降。由此可知，当保温层位于温度较高的一侧时，保温层与主体墙体交界面处产生湿累积的风险会升高。
图3是通过墙体内表面的热流量，正值表示墙体吸收热量。夏季工况下，内保温墙体向室内的放热量大于外保温墙体，而在冬季工况，内保温墙体的吸热量大于外保温墙体。该结果说明外保温墙体的保温隔热效果要优于内保温墙体。
3 结论
本文在考虑湿传递影响的基础上，利用热湿耦合模型对不同保温形式的生土墙体的热湿性能进行了分析，得到了以下结论：
（1）两种墙体的温度梯度集中在保温层内，并且内表面处的温度主要受室内温度的影响。
（2）當保温层位置靠近温度较高的一侧时，墙体产生湿累积的风险更大。
（3）受墙体内表面湿迁移的影响，外保温墙体的节能性优于内保温墙体。
（作者单位：西南科技大学 土木工程与建筑学院）