寒冷地區(qū)外保溫墻體熱濕耦合特性

鄭偉花, 蘇園, 高蕓, 齊彩虹

(1.河北大學(xué)建筑工程學(xué)院, 保定 071002; 2.河北大學(xué)零碳能源建筑與計量技術(shù)教育部工程研究中心, 保定 071002)

建筑圍護結(jié)構(gòu)是建筑物的重要組成部分,同時也是建筑物熱濕負荷的主要來源[1]。外墻引發(fā)的熱量損失占圍護結(jié)構(gòu)總能耗的40%。自從開展建筑節(jié)能以來,外墻保溫技術(shù)取得了較快的發(fā)展,各種保溫形式被提出,其中外墻外保溫技術(shù)不但適合新建節(jié)能建筑,也適合老舊建筑外墻改造,并且能夠有效阻斷建筑熱橋,在實際工程中被廣泛應(yīng)用[2]。

大多數(shù)建筑材料都是多孔介質(zhì)材料,多孔介質(zhì)材料中的熱濕耦合傳遞在各個氣候條件下普遍存在。羅羽等[3]、陸江等[4]通過對多種建筑材料進行研究表明濕遷移對傳熱的影響不可忽略。陳友明等[5]在Luikov[6]和Philip等[7]熱濕耦合傳遞方程的基礎(chǔ)上以含濕率和溫度為驅(qū)動勢建立了多層墻體的一維瞬態(tài)熱濕耦合傳遞模型,研究墻體熱濕傳遞對室內(nèi)環(huán)境的影響。郭興國等[8]考慮了太陽輻射對墻內(nèi)熱濕耦合傳遞的影響,于水等[9]優(yōu)化了地下建筑熱濕行為的模擬研究方法。鄭偉花等[10]以整體建筑為對象,研究了熱濕耦合對超低能耗建筑的影響。近年來,熱濕耦合傳遞引發(fā)的墻體結(jié)露與濕積累問題受到重視,鄺福軍等[11]研究了不同保溫方式下的熱橋效應(yīng),并分析了墻體表面結(jié)露風(fēng)險,黃建恩等[12]建立了以水蒸氣分壓力為質(zhì)驅(qū)動勢的熱濕耦合傳遞模型,發(fā)現(xiàn)墻體相對濕度超過80%溫度高于零度時容易發(fā)生霉變。墻體結(jié)露影響保溫系統(tǒng)的熱工性能,并且影響建筑使用壽命和室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)[13]工程上常常采用空氣層或隔汽層兩種防結(jié)露措施,但是對兩種防潮措施的效果研究較少。

目前,針對外保溫墻體熱濕耦合特性的研究大多集中在單一基層墻體的外保溫做法上,但實際上不同基層墻體熱濕傳遞特性差異較大。針對寒冷地區(qū)墻體防潮措施的研究也較少,僅對墻體內(nèi)表面結(jié)露風(fēng)險進行研究,未能準確計算墻體內(nèi)部相對濕度分布,并且忽略了傳熱對傳濕的促進作用。對以現(xiàn)澆混凝土和輕質(zhì)砌塊為基層的外墻外保溫系統(tǒng),進行橫向?qū)Ρ妊芯?。探究不同基層墻體的外保溫墻體的溫度、相對濕度分布以及熱濕負荷變化規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上,研究空氣層、隔汽層對建筑墻體熱濕耦合過程的影響,為寒冷地區(qū)外保溫墻體的保溫隔熱與防潮設(shè)計提供參考。

1 熱濕傳遞模型

墻體中的熱濕傳遞非常復(fù)雜,為簡化模型與方便計算,將采取以下基本假設(shè):墻體內(nèi)部為均勻連續(xù)介質(zhì),局部熱力學(xué)平衡;墻體各層材料之間接觸緊密,不存在接觸熱阻濕阻;不考慮空氣滲透;將濕空氣視為理想氣體;忽略結(jié)冰凍融,水分僅以氣液兩態(tài)存在。

1.1 濕控制方程

根據(jù)質(zhì)量守恒定律、Fick定律、Darcy定律,控制體積內(nèi)含濕量變化可表示為

(1)

Pv(φ,T)=φPsat(T)

(2)

(3)

式中:w為材料的含濕量,kg/m3,可以看作是相對濕度φ的函數(shù);φ為相對濕度;t為時間,s;Pv為水蒸氣分壓,Pa;T為溫度,K;Psat為只與溫度相關(guān)的飽和水蒸氣分壓,Pa;Dl為液態(tài)水擴散系數(shù),m2/s;δp為建筑材料的水蒸氣滲透系數(shù),s。

1.2 熱控制方程

根據(jù)能量守恒定律與Fourier導(dǎo)熱定律,墻體任一控制體積的熱量傳遞方程表示為

(4)

(ρCp)eff=ρmatCpmat+w(φ)Cpw

(5)

式中:ρ為控制體積的密度,kg/m3;Cp為控制體積的熱容,J/(kg·K);(ρCp)eff為有效熱容,J/(kg·K);k(φ)為與含濕量相關(guān)的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);ρmat為多孔材料干密度,kg/m3;Cpmat、Cpw分別為建筑材料固體基質(zhì)的熱容與水的熱容,J/(kg·K);Heva為蒸發(fā)潛熱J/kg;w(φ)為材料的含濕量,kg/m3。

1.3 定解條件

墻體熱濕傳遞過程中,將室內(nèi)與室外環(huán)境看作是墻體熱濕來源,不考慮降雨,可以得到內(nèi)外壁面處的熱通量與水汽通量,作為求解熱濕傳遞方程的第三類邊界條件。

對于室外側(cè),有

qout=hout(Tamb,out-Ts,out)

(6)

gout=βout(Pv,amb,out-Pv,s,out)

(7)

對于室內(nèi)側(cè),有

qin=hin(Tamb,in-Ts,in)

(8)

gin=βin(Pv,amb,in-Pv,s,in)

(9)

式中:g為壁面水汽通量,kg/(m2·s);q為壁面熱通量,W/m2;T為溫度,K;Pv為水蒸氣分壓力,Pa;h為表面換熱系數(shù),W/(m2·K);內(nèi)外壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別取8.72、23.26 W/(m2·K)[14];β為壁面?zhèn)鳚裣禂?shù),s/m;根據(jù)劉易斯關(guān)系式,內(nèi)外壁面?zhèn)鳚裣禂?shù)分別取1.85×10-8、14×10-8s/m;out表示室外側(cè);in表示室內(nèi)側(cè);amb表示壁面表面外環(huán)境;s表示壁面表面處環(huán)境。

2 模型驗證

為驗證上述熱濕耦合傳遞數(shù)學(xué)模型的準確性,需要利用實驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗。歐洲標準EN15026[15]詳細規(guī)范了模擬建筑熱濕傳遞的各種細節(jié),并提供了相關(guān)實驗數(shù)據(jù),為驗證模型的正確性,利用標準中的實驗數(shù)據(jù)與模型在相同情況下的模擬結(jié)果對比。標準中實驗對象為一可視為半無限大結(jié)構(gòu)的混凝土墻壁。墻體寬度為20 m,墻體初始溫度為20 ℃,初始相對濕度為50%。在t=0 s時在內(nèi)邊界上施加溫度為30 ℃,相對濕度為95%的第一類邊界條件,在外邊界上保持初始溫濕度不變,上下界面絕熱絕濕,熱通量和壁面水汽通量均為0,可簡化為一維結(jié)構(gòu)進行模擬。模擬所需相關(guān)參數(shù)參閱此標準。圖1和圖2所示為在7、30、365 d模型仿真結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)的對比。

圖1 7、30、365 d的溫度對比Fig.1 Comparison of temperature after 7 d,30 d and 365 d

圖2 7、30、365 d的含水量對比Fig.2 Comparison of water content after 7 d,30 d and 365 d

從圖1和圖2中可以看出,模型計算處的溫濕度模擬結(jié)果和試驗結(jié)果基本吻合,兩者間的最大誤差不超過1%,說明構(gòu)建的模型能正確地模擬建筑熱濕耦合傳遞過程。

3 模擬結(jié)果分析

選取寒冷地區(qū)典型的外保溫墻體為研究對象,針對以輕質(zhì)砌塊和現(xiàn)澆混凝土作為基層墻體的兩種外保溫系統(tǒng),對其濕積累的產(chǎn)生位置、熱濕物性參數(shù)變化規(guī)律進行橫向?qū)Ρ确治觥?/p>

3.1 墻體模型及參數(shù)

選擇寒冷地區(qū)保定市為模擬城市,室內(nèi)環(huán)境溫度為恒定21 ℃,室內(nèi)環(huán)境相對濕度非采暖期設(shè)置為50%,在采暖期由于門窗密閉和生活用水導(dǎo)致室內(nèi)相對濕度較高設(shè)置為70%,室外環(huán)境溫度與環(huán)境濕度來自ASHRAE數(shù)據(jù),如圖3所示。保溫墻體初始溫度設(shè)置為21 ℃,初始相對濕度設(shè)置為50%。模擬時間從2017年6月15號開始,模擬時間一年,共8 760 h。

圖3 室外氣象參數(shù)Fig.3 Outdoor meteorological parameters

寒冷地區(qū)常采用的外墻保溫系統(tǒng)是EPS(expanded polystyrene board)板外墻外保溫系統(tǒng),該系統(tǒng)的基層墻體可以是質(zhì)密的現(xiàn)澆混凝土,也可以是輕質(zhì)砌塊。外墻具體構(gòu)造如圖4所示。室外到室內(nèi)分別是20 mm水泥砂漿保護層、100 mm EPS板保溫層、240 mm基層墻體、20 mm室內(nèi)抹面水泥砂漿,材料參數(shù)如表1和圖5所示。

表1 相關(guān)材料參數(shù)Table 1 Relevant material parameters

圖4 外保溫幾何結(jié)構(gòu)Fig.4 External insulation geometry

圖5 材料含濕量Fig.5 Moisture content of the material

3.2 傳熱分析

分別對輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)和現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)進行為期一年的數(shù)值模擬,輕質(zhì)砌塊外保溫系統(tǒng)和現(xiàn)澆混凝土外保溫系統(tǒng)的室內(nèi)壁面處的熱流密度隨著時間變化關(guān)系如圖6所示。在初始階段,由于壁面溫度受環(huán)境溫度影響變化劇烈,熱流密度變化也較為劇烈。在經(jīng)過100 h的換熱后,兩種保溫系統(tǒng)的內(nèi)壁面熱流密度隨著時間的變化開始進行類似正弦波的變化。在輕質(zhì)砌塊為基層的外保溫系統(tǒng)中,最大熱流密度為2 W/m2,最小熱流密度為-5.5 W/m2,熱流密度的變化幅度為7 W/m2,平均熱流密度為-1.744 W/m2。在現(xiàn)澆混凝土為基層的外保溫系統(tǒng)中,最大熱流密度為2.3 W/m2,最小熱流密度為-7.3 W/m2,熱流密度的變化幅度為9.6 W/m2,平均熱流密度為-2.32 W/m2。從內(nèi)壁面熱流密度變化幅度可以分析出,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)受環(huán)境溫度變化影響較小,可以使室內(nèi)溫度變化保持在一個較小的幅度內(nèi),減輕了建筑熱負荷,降低了建筑能耗。

圖6 內(nèi)壁面處熱流密度Fig.6 Heat flux density at the inner wall

在模擬進行到第36天時保定市日平均氣溫達到最高,此時保溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化如圖7所示。輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)內(nèi)外壁面處的溫度都低于現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng),輕質(zhì)砌塊外系統(tǒng)保溫層的溫度梯度為22.4 K/m,現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層溫度梯度為43.1 K/m,溫度梯度的降低減少了傳熱量,同時也削弱了室外高溫對室內(nèi)環(huán)境影響。寒冷地區(qū)冬季墻體熱負荷遠大于夏季,圖8所示為第213天最冷日保溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化情況,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)內(nèi)壁面處溫度大于現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)。輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)保溫層的溫度梯度為182 K/m,現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層溫度梯度為239.5 K/m,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)溫度梯度較小,傳熱量低。但是,兩種保溫系統(tǒng)靠近室外一側(cè)的保溫層溫度都低于零度,保溫層相對濕度較高時,存在水蒸氣冷凝結(jié)冰風(fēng)險。

圖7 夏季保溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度Fig.7 The temperature inside the insulation system in summer

圖8 冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度Fig.8 The temperature inside the insulation system in winter

3.3 傳濕分析

兩種外保溫系統(tǒng)的水汽通量變化具有類似的規(guī)律。如圖9所示輕質(zhì)混凝土系統(tǒng)的水汽通量比現(xiàn)澆混凝土外保溫系統(tǒng)大,內(nèi)壁面最大水汽通量分別為10.7×10-7kg/(m2·s)和8.85×10-7kg/(m2·s),內(nèi)壁面最小水汽通量分別為-9.2×10-7kg/(m2·s)和-6.4×10-7kg/(m2·s),平均水汽通量為-1.793×10-8kg/(m2·s)和-5.039×10-9kg/(m2·s),水汽通量變化幅度分別為19.9×10-7kg/(m2·s)和15.25×10-7kg/(m2·s),輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)的水汽通量變化幅度比現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)高出了30.5%?？梢缘贸鲇捎诂F(xiàn)澆混凝土質(zhì)地密實,水蒸氣滲透性小,并且現(xiàn)澆混凝土具有更好的蓄濕能力,使得室內(nèi)環(huán)境中的水分難以透過基層墻體向外傳遞,減輕了室內(nèi)的濕負荷。

圖9 內(nèi)壁面處水汽通量Fig.9 Water vapor flux at the inner wall

模擬進行到第36天時正處于夏季制冷期,室內(nèi)溫濕度低于室外環(huán)境溫濕度。如圖10所示,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)界面1和界面2處的相對濕度分別為58.5%和77.6%。夏季室外水蒸氣相對濕度大于室內(nèi),因此水分從室外向室內(nèi)傳遞。由于輕質(zhì)砌塊的水蒸氣滲透系數(shù)大于現(xiàn)澆混凝土,水蒸氣透過保溫層后比較容易地向輕質(zhì)砌塊基層墻體傳遞,不會形成濕積累。因此夏季工況下,自室外高濕側(cè)至室內(nèi)低濕側(cè),輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)墻體內(nèi)部相對濕度呈現(xiàn)下降趨勢。

圖10 夏季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.10 Relative humidity inside the insulation system in summer

現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)在界面1和界面2處的相對濕度分別為74%和77.4%,在界面1處相對濕度呈現(xiàn)上升趨勢。這是由于現(xiàn)澆混凝土基層墻體水蒸氣滲透系數(shù)較大,水蒸氣難以透過基層墻體,因此水分在基層墻體與保溫層交界面1處積累,相對濕度呈現(xiàn)出上升趨勢?？傮w來看夏季工況下,兩種保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度基本呈下降趨勢,墻體最高相對濕度在墻體外表面且接近室外環(huán)境相對濕度。但是由于基層墻體不同,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)保溫層的相對濕度明顯低于現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層相對濕度,平均相對濕度分別為73%和65%,相差了12.3%。夏季現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層含濕量較大,并且水分主要來自室外環(huán)境。

與夏季不同,冬季工況下,室內(nèi)溫濕度大于室外溫濕度,水蒸氣由室內(nèi)向室外傳遞。最冷日墻體內(nèi)部相對濕度分布如圖11所示。冬季工況下,輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)界面1和界面2處的相對濕度分別為67.2%和48.9%。這是由于輕質(zhì)砌塊的水蒸氣滲透性與液態(tài)水擴散系數(shù)大于現(xiàn)澆混凝土,室內(nèi)水蒸氣容易透過輕質(zhì)砌塊基層并向保溫層內(nèi)傳遞。隨著室內(nèi)水蒸氣不斷地向保溫層中遷移積累,保溫層相對濕度高于室外相對濕度。

圖11 冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.11 Relative humidity inside the insulation system in winter

現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)在界面1和界面2處的相對濕度分別為26.6%和48.8%,從室內(nèi)側(cè)到室外側(cè),保溫層相對濕度呈現(xiàn)上升趨勢,但均低于室外環(huán)境濕度。對于現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)而言,基層墻體厚度大,水蒸氣滲透系數(shù)與液態(tài)水滲透系數(shù)小,阻斷了室內(nèi)水分透過基層墻體向保溫層傳遞。因此可以得,相對濕度雖然受水分傳遞和溫度變化兩個因素的影響,但是相對而言相對濕度更容易受溫度變化的影響,所以受室外低溫影響,保溫層相對濕度逐漸升高。

輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)的整體相對濕度高于現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng),特別是保溫層平均相對濕度分別為65.7%和37.6%。含水量可以表示為相對濕度的單值函數(shù),如圖12所示,隨著相對濕度的提高,保溫層的含水量也隨之升高。輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)和現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層平均含水量分別達到1.381 kg/m3,和1.047 kg/m3,相差了31.8%。通過對比保溫系統(tǒng)內(nèi)部含水量還可以發(fā)現(xiàn),兩種系統(tǒng)產(chǎn)生濕積累的位置不同。輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)在保溫層中心和靠近基層墻體一側(cè)容易產(chǎn)生濕積累?，F(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)在保溫層靠近室外側(cè)產(chǎn)生濕積累。

圖12 冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部含水量Fig.12 The moisture content of the insulation system in winter

根據(jù)以上分析可以得出,冬季工況下,保溫層平均相對濕度高于室外相對濕度,長期處于這個狀態(tài)且冬季保溫層溫度較低,保溫層會產(chǎn)生濕積累甚至冷凝結(jié)露。由于兩種保溫系統(tǒng)熱濕傳遞規(guī)律不同,受潮原因不同,濕積累產(chǎn)生的位置也有差異。

4 隔汽層與空氣層對熱濕傳遞影響

通過以上分析可以得到,保溫層產(chǎn)生濕積累受潮的原因主要是輕質(zhì)砌塊內(nèi)的水分向保溫層中遷移以及現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)受室外低溫影響導(dǎo)致的保溫層外側(cè)溫度過低。因此,阻止輕質(zhì)砌塊基層中的水分向保溫層中遷移以及提高現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層外側(cè)溫度,是減輕保溫層受潮的關(guān)鍵。常采取的措施是在基層墻體與保溫層之間添加隔汽層和在保溫層外側(cè)安裝密閉的空氣層。

4.1 加隔汽層的影響

為了防止室內(nèi)與墻體中的水分向保溫層中傳遞,導(dǎo)致保溫層濕度過高并形成濕積累。工程上常常在基層墻體與保溫層之間設(shè)置隔汽層以此減少進入保溫層內(nèi)部的水分。隔汽層材料一般為防水卷材,在輕質(zhì)砌塊基層墻體與保溫層之間添加0.1 mm厚的聚乙烯薄膜。理論上水蒸氣可以完全被隔汽層隔絕在兩側(cè),但考慮實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)破損,其水蒸氣滲透系數(shù)設(shè)置為輕質(zhì)砌塊的0.1%[16]。由于隔汽層厚度相對較薄,其熱容、熱阻等相關(guān)熱物理參數(shù)對傳熱影響較小,因此忽略隔汽層對傳熱的影響。

在采用隔汽層后,由于隔汽層阻斷水蒸氣通過的效果,隔汽層兩側(cè)相對濕度分布發(fā)生突變,保溫層的相對濕度明顯下降,如圖13和圖14所示,采暖期保溫層最高相對濕度由70.5%下降到了49%,保溫層濕積累位置從中心變?yōu)榕c水泥砂漿保護層交界面處,界面1與界面2處,相對濕度也下降到50%以下,平均含水量由1.38 kg/m3下降至1.14 kg/m3,降低了17.3%。這是由于隔汽層的蒸汽滲透阻力系數(shù)較大,隔汽層阻礙了基層墻體中的濕分向保溫層在中傳遞,降低了保溫層中濕積累風(fēng)險。但是,基層墻體中的水分難以透過隔汽層向外發(fā)散,從而導(dǎo)致基層墻體含水量有所上升。

圖13 安裝隔汽層后冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.13 Relative humidity inside the insulation system in winter after installation of the vapor barrier

圖14 安裝隔汽層后冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部含水量Fig.14 Water content inside the insulation system in winter after installation of the vapor barrier

安裝隔汽層對夏季工況下的墻體熱濕性能也會產(chǎn)生影響,夏季最熱日墻體相對濕度分布如圖15所示,可以得到安裝了隔汽層的輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)保溫層平均相對濕度從65.6%升高到72.2%,基層墻體平均相對濕度由53.8%下降到51.5%,這是由于隔汽層阻礙了夏季室外水分通過保溫層向基層墻體與室內(nèi)遷移,減輕了夏季室外高溫高濕環(huán)境對室內(nèi)熱濕環(huán)境的影響。由于保溫層中的水分難以向室內(nèi)發(fā)散,保溫層相對濕度有所上升,但從室外側(cè)到室內(nèi)側(cè),相對濕度依然呈下降趨勢。

圖15 安裝隔汽層后夏季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.15 Relative humidity inside the insulation system in summer after installation of the vapor barrier

4.2 加空氣層的影響

工程上常常在建筑外墻上安裝密閉的空氣層。由于空氣具有良好的絕熱作用,在寒冷地區(qū)墻體保溫層的低溫側(cè)安裝空氣層,可以提高墻體熱阻,增強墻體的保溫性能。在現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層與防護層之間安裝20 mm空氣層,將空氣視為液態(tài)水滲透系數(shù)為0,蒸汽滲透系數(shù)為1.74×10-10s[17]的特殊的保溫材料。

冬季工況下,安裝密閉空氣層后,如圖16所示外墻溫度整體上升,平均溫度上升了2.88 ℃。如圖17所示,采暖期保溫層最高相對濕度由48.7%下降到了34%,降低了14.7%?？諝饩哂辛己玫慕^熱性能,使得保溫層受室外溫濕度變化影響程度降低,對保溫層起到了防護作用。保溫層相對濕度與含水量下降,減輕了冬季保溫層冷凝結(jié)冰風(fēng)險。

圖16 安裝空氣層后冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部溫度Fig.16 The temperature inside the insulation system in winter after installation of the air layer

圖17 安裝空氣層后冬季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.17 Relative humidity inside the insulation system in winter after installation of the air layer

夏季工況下,空氣層的安裝對基層墻體的影響不明顯。但是如圖18所示,保溫層夏季平均相對濕度由73.15%上升到75.2%,保溫層靠近室外一側(cè)的相對濕度大于室外相對濕度且超過了80%,加重了夏季保溫層的濕積累,濕度過高甚至?xí)a(chǎn)生霉菌。結(jié)合以上分析可以得出,安裝空氣層起到增加熱阻的作用,可以降低保溫層冬季冷凝結(jié)冰風(fēng)險。但保溫系統(tǒng)內(nèi)部含濕量較小時,空氣層作用并不明顯,反而會提高夏季工況下保溫層的相對濕度。因此,安裝空氣層的綜合效果欠佳。

圖18 安裝空氣層后夏季保溫系統(tǒng)內(nèi)部相對濕度Fig.18 Relative humidity inside the insulation system in summer after installation of the air layer

5 結(jié)論

以寒冷地區(qū)保定市為例,采用數(shù)值模擬的方法研究實際氣候條件下外保溫墻體熱濕耦合過程,對濕積累的產(chǎn)生位置、熱濕物性參數(shù)變化規(guī)律進行對比分析。在此基礎(chǔ)上,研究了空氣層、防潮層對建筑墻體熱濕耦合過程的影響,可以得出以下結(jié)論。

(1)輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)傳熱系數(shù)小,全年墻體內(nèi)壁面熱流密度變化幅度小,保溫隔熱效果好有利于減輕熱負荷?，F(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)內(nèi)壁面水汽通量變化幅度小,隔濕效果好有利于減輕建筑濕負荷。

(2)現(xiàn)澆混凝土系統(tǒng)保溫層受潮位置在靠近室外一側(cè),輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)保溫層受潮位置主要在中間及靠近基層墻體一側(cè)。輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)保溫層受潮程度較為嚴重。

(3)輕質(zhì)砌塊系統(tǒng)安裝隔汽層后最冷日保溫層含水量下降了17.3%,保溫層相對濕度下降到50%以下,同時也減輕了夏季室外高溫高濕環(huán)境對室內(nèi)熱濕環(huán)境的影響。

(4)在現(xiàn)澆混凝土外保溫系統(tǒng)外側(cè)安裝空氣層,提高了外墻熱阻,采暖期最冷日墻體平均溫度上升2.88 ℃,采暖期保溫層最高相對濕度由48.7%下降到了34%,一定程度上減輕了冬季保溫層冷凝結(jié)冰風(fēng)險。如果保溫層含濕量較少,安裝空氣層的效果并不明顯,反而會提高夏季保溫層的相對濕度,綜合防潮效果不佳。