新型裝配式建筑墻體材料熱濕傳遞性能的探討

童茁壯

（湖南信息學(xué)院，湖南 長沙 410151）

1 建筑墻體材料熱濕傳遞的理論模型

本文通過參考羅鴻韜（2018） 關(guān)于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕性能的相關(guān)研究，得知在相對濕度低于90%的情況下，水蒸汽流占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位，基于可以在探究建筑墻體材料熱濕傳遞性能時，將水蒸氣分壓力設(shè)定為濕驅(qū)動勢，同時采用歸一化處理的方式將擴散系數(shù)直接歸屬于綜合系數(shù)范疇中。為此本文提出假設(shè)，即當(dāng)室內(nèi)溫度不存在大幅波動變化時，墻體趨近于等溫[1]。當(dāng)室內(nèi)溫度變化范圍在30%至80%之間，蒸汽擴散則占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，此時可不考慮液態(tài)水傳導(dǎo)。另外，本文還將包括濕容與濕擴散系數(shù)在內(nèi)的墻體材料濕物性參數(shù)設(shè)定為固定值，濕的驅(qū)動力即為水蒸氣分壓力，此時濕傳遞幾乎等同于一維傳濕。因此可將墻體內(nèi)表面吸放濕控制方程設(shè)定為：

在這一公式當(dāng)中，材料干密度與濕容分別用P0與ζ 進(jìn)行表示，其中濕容代表著墻體材料等溫吸放濕曲線斜率。在靜止空氣中，水蒸氣擴散系數(shù)用δa進(jìn)行表示，Psat和PV分別代表著飽和水蒸氣分壓與水蒸氣分壓。通過對該公式進(jìn)行繼續(xù)推導(dǎo)，可以得到空氣中水蒸氣擴散系數(shù)計算公式，即：

在該公式中，P 與T 分別代表著當(dāng)?shù)卮髿鈮号c溫度，P0表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Rv則代表著水的氣體常數(shù)[2]。如果將C 和Dw 用于分別表示水蒸氣濃度與導(dǎo)濕系數(shù)，將濕擴散系數(shù)用δp進(jìn)行表示，即在直接利用水蒸氣濃度對水蒸氣分壓進(jìn)行表示下，可以得到如下公式：

2 新型裝配式建筑墻體材料熱濕傳遞性能分析

2.1 II 型陶粒泡沫混凝土外掛墻板

本文在對新型裝配式建筑墻體材料的熱濕傳遞性能進(jìn)行探究中，首先選擇采用II 型陶粒泡沫混凝土外掛墻板，該墻板屬于典型的單一材料墻板。墻板的高度、長度與寬度分別為2000mm、600mm 與300mm，為方便計算，本文直接將水泥砂漿的涂抹厚度作為墻板內(nèi)側(cè)和外側(cè)厚度，即墻板內(nèi)外側(cè)厚度統(tǒng)一為20mm。在對該墻體材料進(jìn)行擬合分析中，可知墻體材料水蒸氣擴散系數(shù)為相對濕度的單值函數(shù)。考慮到在冷凝驗算當(dāng)中，通常直接將水蒸氣擴散系數(shù)設(shè)為常數(shù)，因此本文通過參考國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，直接將計算值設(shè)定為60%的相對濕度。在參考相關(guān)研究資料下，可知II 型陶粒泡沫混凝土的干密度約為675kg/m3，其導(dǎo)熱系數(shù)與傳熱熱阻分別可以達(dá)到0.171W/(m·K） 與1.75 (m2·K） /W。在將溫度設(shè)定在-2℃至18℃，并對各溫度條件下的墻體飽和水蒸氣分壓力進(jìn)行計算，借助專門的工具軟件自動生成II 型陶粒泡沫混凝土外掛墻板的熱濕傳遞性能分布曲線圖，以直觀化、可視化的形式展示出各項關(guān)鍵參數(shù)。

根據(jù)最終得到的計算結(jié)果可知，當(dāng)冬季室溫達(dá)到18℃，室內(nèi)空氣濕度為60%的情況下，查閱相關(guān)參數(shù)表可知此時對應(yīng)的空氣露點溫度約為10.2℃。以本地冬季平均室外溫度為參照，當(dāng)?shù)囟臼彝馄骄鶞囟燃s為-7.5℃，因此通過驗算II型陶粒泡沫混凝土外掛墻板內(nèi)表面結(jié)露，最終可得墻板內(nèi)表面溫度在17℃左右，比相同狀態(tài)下的空氣露點溫度要高，即證明即便在寒冷冬季，也不會有冷凝情況出現(xiàn)在II 型陶粒泡沫混凝土外掛墻板上。

2.2 軟骨料混凝土夾心保溫復(fù)合板

在當(dāng)前的新型裝配式建筑中，軟骨料混凝土夾心保溫復(fù)合板也是使用頻率較高的一種全新墻體材料。本文在對該墻體材料的熱濕傳遞性能進(jìn)行分析中，選擇使用高度與長度均為1000mm，寬度為250mm 的軟骨料混凝土夾心保溫復(fù)合板作為主要研究對象。事實上該墻板的主要墻體材料為軟骨料混凝土，但為了能夠有效增強墻體的保溫性能，將厚度為100mm 的泡沫玻璃板作為夾心材料。同樣為方便計算，本文也直接將水泥砂漿的涂抹厚度作為墻板內(nèi)側(cè)和外側(cè)厚度，即厚度為20mm。通過參考相關(guān)研究資料下，可知軟骨料混凝土的干密度約為1102kg/m3，其導(dǎo)熱系數(shù)與傳熱熱阻分別可以達(dá)到0.41W/(m·K） 與0.12 (m2·K） /W。作為夾心材料的泡沫玻璃的干密度則約為140kg/m3，其導(dǎo)熱系數(shù)與傳熱熱阻則分別約為0.05W/(m·K） 與2 (m2·K） /W[3]。在保障室內(nèi)濕度、溫度范圍等條件不變的情況下，根據(jù)計算得到的墻板飽和水蒸氣分壓力值，并在此基礎(chǔ)上繪制出相應(yīng)的墻板熱濕傳遞性能分布曲線圖，即可得知當(dāng)冬季室溫達(dá)到18℃，室內(nèi)空氣濕度為60%的情況下，空氣露點溫度約為10.2℃。而本地冬季平均室外溫度約為-7.5℃，因此通過驗算軟骨料混凝土夾心保溫復(fù)合墻板內(nèi)表面結(jié)露，可知墻板內(nèi)表面溫度同樣要比相同狀態(tài)下的空氣露點溫度要高，故而在冬季，該墻板也能夠具有良好保溫效果，無結(jié)露現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 結(jié)語

本文通過選擇軟骨料混凝土夾心保溫復(fù)合板與II 型陶粒泡沫混凝土外掛墻板，對新型裝配式建筑墻體材料的熱濕傳遞性能進(jìn)行分析。在構(gòu)建相應(yīng)的理論模型基礎(chǔ)上，借助專門的計算工具，證明兩種墻體材料在冬季寒冷低溫情況下，也無結(jié)露現(xiàn)象出現(xiàn)，具有較高保溫能力。但由于受到篇幅限制以及筆者自身學(xué)識水平的制約，本研究還缺乏對其他墻體材料的深入研究，且研究中涉及的熱濕傳遞性能參數(shù)相對較少，因此還有待在后續(xù)研究中作進(jìn)一步完善。