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我国夏热冬冷地区室外空气相对湿度大,全年月平均相对湿度为80%左右。建筑长期处于高湿气候环境,直接影响人体舒适度、建筑结构安全、建筑能耗以及室内物品的保存。此外,合理控制室内环境相对湿度对化工、食品、医药、仪器维护等行业的意义重大。使用调湿材料是一种室内相对湿度被动控制方法,由于调湿材料形式多样、结构复杂、调湿过程非线性等特点,受到国内外研究者的关注。本研究以毛细凝聚理论为基础,研究原材料和复合调湿砂浆的微观结构、吸附性能、结构力学和热工性能,调制一种适用于室内湿度控制兼具保温性能的复合调湿砂浆;以Kelvin理论为基础,建立复合调湿砂浆平衡含湿量的热力学模型,对复合调湿砂浆进行全面的评价与研究。主要工作包括:(1)基于调湿材料性能试验,选取兼具保温和力学性能的吸湿原材料,制取新型环保、节能、低成本的复合调湿砂浆。基于吸湿原材料研究,采用环境扫描电子显微镜(SEM)观察材料形貌特征,应用自动比表面积与孔径分析仪分析孔隙结构和孔径分布,筛选木质纤维、海泡石、膨胀珍珠岩作为复合调湿材料的骨料。通过配比试验分析,选取成型较佳、易和度高的复合调湿砂浆作为新型复合调湿砂浆。观察新型复合调湿砂浆材料重新排序后对外观影响,分析孔隙结构、孔径分布特点及变化。以微观结构性能研究为基础,结合复合调湿砂浆吸附性能测试,分析保温骨料及复合调湿砂浆的吸附性能与孔构特性的关系,保证新型复合调湿砂浆既满足保温作用又具有较佳的湿吸附能力。(2)以毛细凝聚理论为基础,修正传统的Kelvin方程,建立复合调湿砂浆的平衡含湿量热力学模型。在吸附有效半径理论中,考虑多孔材料中微孔吸附作用,以变径V孔模型替代经典分段等径圆柱模型,加强传统吸附理论微孔作用,修正Kelvin方程。根据Kelvin理论中孔容与有效半径、压力、温度的关系,运用量纲分析方法,建立平衡含湿量与环境温度、湿度、材料结构特性关系的预测模型。基于湿缓冲理论,在密闭气候箱内进行调复合调湿砂浆湿缓冲试验,对比分析实际湿缓冲性能性能(MBVpractical)测试值与量纲分析值。复合调湿砂浆平衡含湿量热力学模型,首次建立材料孔构特性与吸湿性能关系,为复合调湿砂浆的研究及应用提供理论依据。(3)分析复合调湿砂浆对居住建筑室内热湿环境和室内空气品质的影响。建立墙体调湿材料的性能测试平台,选择不同季节,对比分析常用砖墙结构(水泥砂浆-页岩砖-石灰水泥砂浆)和复合调湿砂浆抹面砖墙结构(水泥砂浆-页岩砖-复合调湿砂浆)对室内温湿度、隔声和污染物吸附的影响。研究表明,复合调湿砂浆不但具有调湿性能,还具有隔声功能和污染物吸附作用,为复合调湿砂浆的工程应用提供理论支持。(4)研究复合调湿砂浆平衡含湿量对建筑墙体内霉菌滋生风险影响。根据霉菌滋生的条件,基于瞬态温湿度的霉菌滋生分析评价模型,分析长沙地区建筑墙体内霉菌滋生风险和房间内霉菌滋生风险影响。通过实测与模拟分析,复合调湿砂浆房间不但保温性能优于普通砂浆房间,而且全年相对湿度高于霉菌滋生临界值的天数和霉菌滋生风险指标均低于普通砂浆房间。(5)以建筑生命周期为基础,利用Matlab软件分析复合调湿砂浆含湿量和保温层厚度对全生命周期能耗的影响。评价建筑材料生产阶段和运行阶段能耗,在满足结构及使用要求下,对普通砂浆与复合调湿砂浆两组墙体结构组合寻求最低能耗值。墙体不考虑平衡含湿量影响(即标准导热系数计算)时,普通砂浆墙体冬季由于传热引起的运行能耗比复合调湿砂浆墙体高20-40%。考虑平衡含湿量影响的情况下,复合调湿砂浆冬季导热系数实际高达0.25 W/(m?k),比标准工况是导热系数(0.12 W/(m?k))增加了一倍,但仍为普通砂浆标准工况下导热系数(0.93 W/(m?k))的四分之一。同标准工况下复合调湿砂浆墙体传热引起的运行能耗相比,复合调湿砂浆含湿时墙体传热引起的运行能耗增加了1020%,但复合调湿砂浆含湿时墙体传热引起的运行能耗仍比普通砂浆标准工况下墙体传热引起的运行能耗低1020%。(6)利用EnergyPlus软件HAMT模型对复合调湿砂浆和普通砂浆房间供暖和供冷季进行能耗以及相对湿度模拟分析。研究结果表明:夏热冬冷地区室外相对湿度高,复合调湿砂浆房间内相对湿度全年均可控制在5070%范围,且波动较小,并且全年单位建筑面积能耗比普通砂浆房间低20%;寒冷地区复合调湿砂浆房间冬季供暖季吸湿作用不明显,夏季昼夜湿差变化不明显情况下,室内相对湿度较普通房间有改善,全年单位建筑面积能耗比普通砂浆房间低17%;夏热冬暖地区无供暖情况下,复合调湿砂浆房间相对湿度平均下降9.6%,夏季空调情况下,复合调湿砂浆房间相对湿度波动小,且可控制在5570%范围内,全年单位建筑面积能耗比普通砂浆房间低17.5%。本研究系统地论述复合调湿材料的制取和应用,全面分析骨料及复合调湿试块的孔构特点、吸附性能、力学和热工性能,并对复合调湿砂浆的工程应用进行测试,模拟分析复合调湿砂浆平衡含湿量对建筑霉菌滋生风险和建筑能耗的影响。本研究为高性能调湿材料制备、性能评价、墙体材料霉菌滋生风险评价以及建筑墙体节能设计等方面,提供理论和技术支持,完善了调湿材料的评价和应用研究。