【摘 要】
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对建筑围护结构进行保温降噪处理是提高建筑环境舒适度的常用手段之一。在潮湿环境中,建筑墙体内的多孔保温隔音材料因孔隙率高的特点容易积聚液态水,导致其性能下降,引发霉变和腐蚀、墙体脱落等后果,严重时会危害人的生命健康。若能对墙体间保温隔音层的含水率进行实时监测,则可以提前采取相应的保养维护措施。目前,热脉冲法发展较为成熟并且被广泛应用于测量多孔材料的含水率,但仍存在改进的空间:一方面,双探针热脉冲法在
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对建筑围护结构进行保温降噪处理是提高建筑环境舒适度的常用手段之一。在潮湿环境中,建筑墙体内的多孔保温隔音材料因孔隙率高的特点容易积聚液态水,导致其性能下降,引发霉变和腐蚀、墙体脱落等后果,严重时会危害人的生命健康。若能对墙体间保温隔音层的含水率进行实时监测,则可以提前采取相应的保养维护措施。目前,热脉冲法发展较为成熟并且被广泛应用于测量多孔材料的含水率,但仍存在改进的空间:一方面,双探针热脉冲法在应用时需保证加热针与测温针间距固定,若两针发生偏转,修正偏转距离的方法较为复杂。同时为保证测温针监测到有效温升,加热针所需提供较大的发热量,导致在低异质含量时汽化潜热的产生,影响测试精度。另一方面,由于导热系数与含水率之间难以建立起一一对应的关系,则通过单针热脉冲法求解导热系数后使用其估算出的含水率结果与真实值相差过大。为更加准确地反映多孔材料含水率的真实情况,本文提出了一种基于单探针热脉冲法的水分含量测量新方法。测试时,将一根发热管置于多孔材料内部,通电后产生恒定热流密度,记录固定在发热管表面的温度传感器的温升数据,利用有效对数加热时间段内温升曲线的斜率与截距求解被测材料的导热系数与热扩散系数。根据体积热容量(即材料导热系数与热扩散系数的比值)的叠加原理,多孔材料的含水率与材料干湿状态下体积热容量的差值存在一一对应的关系,由此推算出材料的水分含量。将上述方法用于测量常温环境中海绵与聚酯纤维棉中的含水率,含水率测试范围在0~20 kg/m3,每隔约5 kg/m3为一个含水工况,实验时将发热管与温度传感器通过导热胶固定,利用500~1200s内的温升数据求得材料的含水率,将测试结果与内校型电子天平的称重结果进行比较,以评价该方法的准确度。此外,为评价该方法的精度,参照《测量不确定度表示指南》(GUM),对实验测量结果的标准不确定度进行了计算分析。实验结果表明,加热管法在精度上基本可以满足实际应用需求。在所测含水率范围内,加热管法测量结果与称重法测量结果相近,单次测量结果误差均小于7%,多次测量取平均值的结果误差均小于0.3 kg/m3 H2O,产生偏差的主要原因是内部水分分布不均导致材料整体平均含水率与局部含水率间的差异。在测量过程中还发现,由于接触热阻的存在,导热系数与热扩散系数和含水率之间不存在对应关系,而体积热容量受影响较小,存在明确的对应关系。不确定度评价结果表明,影响含水率结果不确定度的主要因素为发热管的热流密度和线性回归直线的斜率A与截距B。若能够提高测试仪器精度及模型准确度,可将其相对不确定度控制在5%以内。
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