電子講稿第四章

電子講稿第四章1第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)室內(nèi)空氣濕度隨著室內(nèi)外空氣的對流，室外空氣的含濕量直接影響室內(nèi)空氣的濕度。冬季采暖房間室內(nèi)溫度增高，使空氣的飽和水蒸汽分壓力大大高于室外，雖然室內(nèi)的一些設(shè)備和人的活動會散發(fā)水蒸汽，增加室內(nèi)濕度，使室內(nèi)實際水蒸汽分壓力高于室外，但由于冬季室內(nèi)、外空氣溫度相差較大，二者的飽和水蒸汽分壓力有很大差距，從而使室內(nèi)相對濕度往往偏低。2第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一般是換氣次數(shù)愈多，室內(nèi)外溫差愈大，室內(nèi)的相對濕度會愈低；甚至需要另外加濕才能滿足正常的舒適要求。維持正常相對濕度所需濕量可按如下方法進行估算。【例4－1】已知室外溫度一10℃，室內(nèi)溫度20℃，房間體積40m3，每小時換氣1次。室外相對濕度80％。求維持室內(nèi)相對濕度50％所需的增濕率。（假設(shè)不考慮室內(nèi)人和設(shè)備的產(chǎn)濕）3第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月【解】①計算每小時交換的空氣重量：按照房間體積為40m3，每小時換氣1次，室內(nèi)外平均溫度為5℃，并查表得5℃的干空氣密度為1.26kg／m3，則每小時交換的空氣重量為:

1×40×1.26＝50.4kg／h②計算室外空氣含濕量（de)

室外實際水蒸汽分壓力（P)，用公式φ＝P／Ps×100％，計算并查附錄2，得知一10℃空氣的飽和水蒸汽分壓力Ps值為260.3Pa代入，得：4第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

P＝0.8×260.3＝208.24Pa。

室外空氣含濕量（de），用公式de＝0.622P/(Pa-P)計算

de＝0.622×208.24／（101300—208.24）＝0.00128kg／kg干空氣（標準大氣壓為Pa＝1.013×105Pa）③計算維持相對濕度50％室內(nèi)空氣應(yīng)有含濕量di：室內(nèi)應(yīng)有水蒸汽分壓力Pi。查附錄2，得知20℃的空氣飽和水蒸汽分壓力為2337.1Pa，得：

Pi＝0.5×2337.1＝1168.55Pa5第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月室內(nèi)應(yīng)有的空氣含濕量di應(yīng)為：

di＝0622Xll68.55／（101300－1168.55）＝0.00726kg／kg干空氣④計算需要的增濕率ΔdΔd＝（0.00726—0.00128)×50.4＝0.301kg／h

即為了維持室內(nèi)50％相對濕度約需補充水蒸汽量0.301kg／h以上計算中未考慮室內(nèi)自然產(chǎn)濕量。室內(nèi)的自然產(chǎn)濕量按實際使用情況有很大差別，如人體產(chǎn)濕就隨室內(nèi)溫度、人數(shù)和人的活動狀態(tài)不同而異。

6第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)材料的吸濕把一塊干的材料試件置于濕空氣之中，材料試件會從空氣中逐步吸收水蒸汽而受潮，這種現(xiàn)象稱為材料的吸濕。材料的吸濕特性，可用材料的等溫吸濕曲線表征，如圖4—1所示，該曲線是根據(jù)不同的空氣相對濕度(氣溫固定為某一值)下測得的平衡吸濕濕度繪制而成。7第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月18第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月當材料試件與某一狀態(tài)(一定的氣溫和一定的相對濕度)的空氣處于熱濕平衡時，亦即材料的溫度與周圍空氣溫度一致(熱平衡)，試件的重量不再發(fā)生變化(濕平衡)，這時的材料濕度稱為平衡濕度。圖中的ω100、ω80、ω60……等等，分別表示在相對濕度為100％、80％、60％……等條件下的平衡濕度，φ＝100％條件下的平衡濕度叫做最大吸濕濕度。9第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫吸濕曲線的形狀呈“S”形，顯示材料的吸濕機理分三種狀態(tài)，(1)在低濕度時為單分子吸濕；(2)在中等濕度時為多分子吸濕；(3)在高濕度時為毛細吸濕。

可見，在材料中的水分主要以液態(tài)形式存在。表4—1列舉了若干種材料在0～20℃時不同相對濕度下的平衡濕度的平均值。材料的吸濕濕度在相對濕度相同的條件下，隨溫度的降低而增加。10第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月11第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)外圍護結(jié)構(gòu)中的水分遷移一、表面冷凝的檢驗冬季，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度經(jīng)常低于室內(nèi)空氣溫度，當內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)空氣露點溫度時，空氣中的水蒸汽就會在內(nèi)表面凝結(jié)。因此，檢驗內(nèi)表面是否會有結(jié)露主要依據(jù)其溫度是否低于露點溫度。12第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月【例4－2】某外墻構(gòu)造如圖4－2，請判斷它在室內(nèi)溫度18℃、相對濕度60％、室外溫度一12℃時，內(nèi)表面是否可能結(jié)露？【解】①計算內(nèi)表面溫度θi

：應(yīng)用第二章公式熱阻得內(nèi)表面溫度13第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月②計算室內(nèi)空氣的露點溫度td

：查附錄2得18℃時的飽和蒸汽分壓力Ps＝2062.5Pa，按公式P＝Ps·φ得室內(nèi)實際水蒸汽分壓力。

P＝2062.5×0.6＝1237.5Pa以1237.5Pa查附錄2得室內(nèi)露點溫度td為10.1℃③比較θi與tdθi＝15.48℃，td為10.1℃。顯然θi＞td，因此可以判斷這種圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面不會結(jié)露。14第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月防止墻和屋頂內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)露是建筑熱工設(shè)計的基本要求。防止和控制的措施可歸納為：

1.使圍護結(jié)構(gòu)具有足夠的保溫能力，總熱阻值至少應(yīng)在規(guī)定的最小總熱阻以上，并注意防止冷橋。2．如室內(nèi)空氣濕度過大，可利用通風降溫。

3.普通房間的圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最好用具有一定吸濕性的材料，使由于溫度波動而只在一天中溫度低的一段時間內(nèi)產(chǎn)生的少量凝結(jié)水可以被結(jié)構(gòu)內(nèi)表面吸收。在室內(nèi)溫度高而相對濕度低時又返回室內(nèi)空氣。4.對室內(nèi)濕度大、內(nèi)表面不可避免有結(jié)露的房間，如公共浴室、紡織及印染車間等，采用光滑不易吸水的材料作內(nèi)表面，同時加設(shè)導水設(shè)施，將凝結(jié)水導出。15第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二、圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透當室內(nèi)外空氣中的含濕量不等，也就是圍護結(jié)構(gòu)的兩側(cè)存在著水蒸汽分壓力差時，水蒸汽分子就會從分壓力高的一側(cè)通過圍護結(jié)構(gòu)向分壓力低的一側(cè)滲透擴散，這種傳濕現(xiàn)象叫蒸汽滲透。蒸汽滲透過程是物質(zhì)即水蒸汽分子的轉(zhuǎn)移過程。16第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月認真分析圍護結(jié)構(gòu)的傳濕，不僅有由蒸汽分壓力差引起的蒸汽滲透，還有由于溫度差引起的水蒸汽遷移，在冷凝區(qū)還存在飽和水蒸汽及液態(tài)水的遷移問題，其計算十分復(fù)雜，所以目前在建筑中考慮圍護結(jié)構(gòu)的濕狀況是按粗略分析法，即按穩(wěn)定條件下單純的水蒸汽滲透考慮。17第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月在計算中，室內(nèi)外蒸汽分壓力都取為定值，不隨時間而變，且忽略熱濕交換過程中的相互影響，也不考慮圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部液態(tài)水分的轉(zhuǎn)移。穩(wěn)態(tài)下蒸汽滲透過程的計算與穩(wěn)定傳熱的計算方法相似，即在穩(wěn)態(tài)條件下、單位時間內(nèi)通過單位面積圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透量與室內(nèi)外水蒸汽分壓力差成正比，與滲透過程中受到的阻力成反比。其計算公式如下（圖4－3）：18第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月123PiPifP2ωP3ωΡePe

μ１μ２μ３

圖4－3圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透過程(4－1)19第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：ω——單位時間內(nèi)通過單位面積圍護結(jié)構(gòu)的水蒸汽滲透量，又稱蒸汽滲透強度，g/（m2·h）；H0——圍護結(jié)構(gòu)的水蒸汽滲透阻，(m2·h·Pa）／g；Pi——室內(nèi)空氣的水蒸汽分壓力，Pa；Pe—室外空氣的水蒸汽分壓力，Pa。20第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽滲透阻（H0）是指當圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)水蒸汽分壓力差為1Pa時，通過1m2面積滲透1g水份所需要的時間(h)。

對由多層材料作成的圍護結(jié)構(gòu)其蒸汽滲透阻是各層材料的蒸汽滲透阻之和，即：（4－2）21第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中；dn——圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)一種材料層的厚度，m；

μ——材料的蒸汽滲透系數(shù)，g/（m·h·Pa）。

材料的蒸汽滲透系數(shù)（μ），表明材料的透過蒸汽能力。其定義為：1m厚物體，兩側(cè)水蒸汽分壓力差為1Pa，單位時間（l小時）內(nèi)通過lm2面積滲透的水蒸汽量（g/(m·h·Pa）)。22第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的滲透系數(shù)值與材料的密實程度有關(guān)。材料的孔隙率越大，蒸汽滲透系數(shù)就越大。常用材料的蒸汽滲透系數(shù)值可查附錄1。嚴格地說，材料蒸汽滲透系數(shù)尚與其所處溫度和相對濕度有關(guān)，附錄中采用的是一般正常情況下的實驗值。在計算圍護結(jié)構(gòu)蒸汽滲透阻時，一般不考慮圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面附近空氣邊界層的蒸汽滲透阻，因為它與結(jié)構(gòu)材料本身的蒸汽滲透阻相比影響非常小，可以忽略不計。這樣，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面的水蒸汽分壓力可近似認為分別與室內(nèi)、外空氣的水蒸汽分壓力相等，即分別為Pi和Pe。23第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)任一層界面上的水蒸汽分壓力計算可參照穩(wěn)定傳熱計算中內(nèi)部溫度的計算方法，各層水蒸汽分壓力的計算式為：式中：一－從室內(nèi)一側(cè)算起，由第一層至第m－1層的蒸汽滲透阻之和。（4－3）24第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、內(nèi)部冷凝和冷凝量的計算1.內(nèi)部冷凝的檢驗

若設(shè)計不當，當水蒸汽通過圍護結(jié)構(gòu)的過程中遇到蒸汽滲透阻大的材料層，水蒸汽不易通過，就會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。判別圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷凝，可按下列步驟進行。（1）根據(jù)室內(nèi)外空氣的溫度和相對濕度，確定水蒸汽分壓力Pi和Pe，然后按式（4－3）計算圍護結(jié)構(gòu)各層的實際水蒸汽分壓力，并作出實際水蒸汽分壓（P）的分布線。（2）根據(jù)室內(nèi)外空氣溫度ti和te，確定圍護結(jié)構(gòu)各層的溫度，按附錄2查出相應(yīng)的飽和水蒸汽分壓力Ps，并畫出曲線。25第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月室內(nèi)室內(nèi)PPsPsP(a)(b)圖4-4判別圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝情況(a)有內(nèi)部冷凝；(b)無內(nèi)部冷凝（3）根據(jù)P線和Ps線相交與否來判定圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，如圖4－4所示。如P線與Ps線不相交．說明內(nèi)部不會產(chǎn)生冷凝；若相交，則內(nèi)部有冷凝。26第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月如前所述，內(nèi)部冷凝現(xiàn)象一般出現(xiàn)在復(fù)合構(gòu)造的圍護結(jié)構(gòu)。若材料層的布置方式是沿蒸汽滲透方向先設(shè)置蒸汽滲透阻小的材料層，其后才是蒸汽滲透阻大的材料層，則水蒸汽將在兩材料層相交的界面處遇到較大阻力，從而發(fā)生冷凝現(xiàn)象。習慣上把這個最易出現(xiàn)冷凝、而且凝結(jié)最嚴重的界面，叫作圍護結(jié)構(gòu)的“冷凝界面”。如圖4－5所示，冷凝界面一般出現(xiàn)在保溫材料與其外側(cè)密實材料交界處。27第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖4－5冷凝界面位置28第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2．冷凝強度計算顯然，當出現(xiàn)內(nèi)部冷凝時，冷凝界面處的水蒸汽分壓力(PC)已超過該界面溫度下的最大水蒸汽分壓力（PS·C）。設(shè)由水蒸汽分壓力較高一側(cè)的空氣進到冷凝界面的蒸汽滲透強度為ωA，從界面滲透到蒸汽分壓力較低一側(cè)空氣的蒸汽滲透強度為ωB，兩者之差即是界面處的冷凝強度，(單位時間、單位面積上的凝結(jié)水量），如圖4－6。29第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（4－4）計算式為：ωC＝ωA－ωB

或：圖4－6內(nèi)部冷凝強度30第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：ωC——界面處的冷凝強度，g/(m2·h）。ωA、ωB——界面兩側(cè)的蒸汽滲透強度，g/(m2·h)；PA——分壓力較高一側(cè)空氣的水蒸汽分壓力，Pa；PB——分壓力較低一側(cè)空氣的水蒸汽分壓力，Pa；PC——冷凝界面處的最大水蒸汽分壓力，Pa；Ho,i——在冷凝界面蒸汽流入一側(cè)的蒸汽滲透阻（m2·h·Pa）/g；Ho,e——在冷凝界面蒸汽流出一側(cè)的蒸汽滲透阻（m2·h·Pa）/g。31第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.采暖期累計凝結(jié)量估算

圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的蒸汽滲透和凝結(jié)過程一般十分緩慢，而且隨著氣候變化，在采暖期過后室內(nèi)外蒸汽分壓力接近，蒸汽不再向一個方向滲透，在其他季節(jié)圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的凝結(jié)水還可逐步向室內(nèi)、外散發(fā)，因此在采暖期圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的蒸汽凝結(jié)量如果保持在一定范圍內(nèi)，對保溫材料影響不大，則少量凝結(jié)也可允許存在。32第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月采暖期總的冷凝量計算方法為：

ωc.o＝24ωc·Z（4－5）式中：ωc.o——

采暖期內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)每m2面積上的總凝結(jié)量，g／m2；ωc——

界面處的冷凝強度，g／(m2·h）；Z——

采暖期天數(shù)，d；采暖期內(nèi)保溫層材料的重量濕度增量計算式為：（4－6）33第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：Δω——

材料重量濕度的增量，％；

δi——

保溫材料厚度，m；ρi——

保溫材料的密度，kg／m3；1000——單位折算系數(shù)。按照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》（GB50176－93），在采暖期內(nèi)，圍護結(jié)構(gòu)中保溫材料因內(nèi)部冷凝受潮而增加的重量濕度增量應(yīng)在表4－2以內(nèi)34第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月235第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、冷凝界面內(nèi)側(cè)所需蒸汽滲透阻計算如圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的蒸汽凝結(jié)量過大，超過規(guī)定的限值，則不僅材料保溫性能下降，而且過多的水分在非采暖期內(nèi)往往不能充分蒸發(fā)，以致逐年累積形成惡性循環(huán)，就會對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞作用。這種情況在設(shè)計中必須防止。為此，要求在冷凝界面內(nèi)側(cè)的圍護結(jié)構(gòu)層有一定的蒸汽滲透阻，其計算式為：36第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中；Ho,i－－冷凝界面內(nèi)側(cè)所需的蒸汽滲透阻，m2·h·Pa／g；Pi---室內(nèi)水蒸汽分壓力，根據(jù)采暖期室內(nèi)計算溫度和相對濕度確定，Pa；Pe---室外空氣水蒸汽分壓力，根據(jù)采暖期室外平均氣溫和相對濕度確定,Pa；PS,C---冷凝界面處與界面溫度對應(yīng)的飽和水蒸汽分壓力，PaHo,e---冷凝界面至外側(cè)的蒸汽滲透阻，m2·h·Pa／g；37第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

Z---采暖期天數(shù)，d；ρi---保溫材料的干密度，kg／m3；[Δω]---采暖期間保溫材料重量濕度的允許增量，按表4－1q取值，％；δi----保溫層的厚度，m10---單位折算系數(shù)，因為Δω是以百分數(shù)表示，ρi是以kg/m3表示的。38第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月【例4－3】試檢驗圖4－7所示的外墻結(jié)構(gòu)是否會產(chǎn)生內(nèi)部冷凝？已知ti＝18℃，φi＝60％，采暖期室外平均氣溫te＝－16℃，平均相對濕度φe＝50％?！窘狻竣儆嬎愀鞣謱訜嶙韬驼羝麧B透阻：39第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月∑R＝1.166m2K/W∑H＝1399.35(m2hPa)/g由此得：R0＝0.11+1.166+0.04=1.316(m2K)/WH0＝1399.35(m2hPa)/g圖4－71.石膏板10mm；2.礦棉板70mm；3.陶粒混凝土35mm40第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月②計算室內(nèi)、外空氣的水蒸汽分壓力：

ti＝18℃時，Ps,i＝2062.5Pa

室內(nèi)實際水蒸汽分壓力

Pi＝2062.5×0.6＝1237.5Pa

按室外氣溫te＝－1.6℃查附錄2得

Ps,e＝534.6Pa

室外實際水蒸汽分壓力

Pe＝534.6×0.5＝2673Pa③計算圍護結(jié)構(gòu)各層的溫度和水蒸汽分壓力：飽和水蒸汽分壓Ps:41第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月查表得Ps,1＝1863.8Pa查表得Ps,2＝1479.2Pa查表得Ps,3=590.6Pa42第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月查表得Ps,4＝562.6Pa實際水蒸氣分壓力P：P1＝Pi＝1237.5PaP4＝Pe＝267.3Pa

作出Ps和P的分布線（見圖4－8），兩線相交，說明有內(nèi)部冷凝。43第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月844第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月④計算冷凝強度在本例中，冷凝界面位于第二層和第三層交界處，故Ps,c=P3=590.6PaHo,i=126.58+161.66=288.24(m2

·

h·Pa)/gHo,e=1111.11(m2

·

h·Pa)/g按公式（4－4）冷凝強度為1.953g/(m2

·h)45第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)防止和控制內(nèi)部冷凝的措施如前所述，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕轉(zhuǎn)移過程比較復(fù)雜，室內(nèi)外的濕度也隨時在變化，以上計算方法只是粗略估算；另外，在圍護結(jié)構(gòu)施工中如有多余水分進入保溫材料，也會造成內(nèi)部冷凝。因此，更重要的是根據(jù)建筑防潮的實踐經(jīng)驗和教訓，采取一定的構(gòu)造措施來防止內(nèi)部冷凝。具體措施有：46第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月當圍護結(jié)構(gòu)由多層材料構(gòu)成時，應(yīng)將蒸汽滲透系數(shù)小的密實材料放在水蒸汽分壓力大的一側(cè)（對除冷藏庫外的一般建筑來說，應(yīng)放在冬季溫度高的室內(nèi)一側(cè)），而將蒸汽滲透系數(shù)大的材料放在蒸汽分壓力相對較小的室外低溫一側(cè)，使?jié)B透進圍護結(jié)構(gòu)的蒸汽能保持”進出平衡”或“進難出易”，以利于蒸汽排除，防止在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部積累。如圖4－9。一.合理布置保溫層47第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月48第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于外側(cè)有密實保護層或防水層的圍護結(jié)構(gòu)，如在保溫層與密實層之間設(shè)可排汽的空氣間層，以有效排除蒸汽，防止內(nèi)部凝結(jié)。如圖4－10為一屋頂作法。圖4－11為瑞典一建筑實例，該建筑外墻外表面為玻璃板，原來在玻璃板與其里面的保溫層之間有小間隙，墻體內(nèi)無疑結(jié)；改建后玻璃板緊貼保溫層，一年后保溫材料內(nèi)凝結(jié)了很多水，體積含濕量達50％。二、在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)排汽間層或排汽溝道49第4