調(diào)濕建材調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的可行性分析

1、<p>　　調(diào)濕建材調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的可行性分析</p><p>　　Feasibility analysis of the hygroscopic building</p><p>　　material for controlling indoor humidity</p><p><b>　　摘要</b></p><

2、;p>　　探討了調(diào)濕建材作為一種室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)方式的可行性，計算了北京地區(qū)氣候條件下某辦公室全年的濕負(fù)荷，估算了所需調(diào)濕建材的蓄濕量，介紹了一種以高分子樹脂凝膠為主要材料的調(diào)濕建材。</p><p>　　關(guān)鍵詞:調(diào)濕建材 濕度調(diào)節(jié) 可行性</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Discusses the

3、feasibility of the hygroscopic building material as an indoor humidity controlling method. Calculates the humid load of an office in Beijing, estimates the accordingly required moisture storage capability of the hygrosco

4、pic building material. Presents a hygroscopic building material made from a super absorbent polymer gel with high molecular weight.</p><p>　　Keywords：hygroscopic building material humidity controlling feasib

5、ility </p><p>　　1 調(diào)濕建材--一種新型的濕度調(diào)節(jié)方式</p><p>　　調(diào)濕建材是一種利用調(diào)濕材料對水蒸氣的自動吸放作用調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度的建筑墻體材料，主要成分是調(diào)濕材料+膠結(jié)料。</p><p>　　調(diào)濕建材對水蒸氣的吸收與釋放取決于于其表面的水蒸氣分壓力及周圍環(huán)境空氣的水蒸氣分壓力。其調(diào)濕原理如圖1。其中ps&gt;pa 時，水蒸氣

6、被釋放；當(dāng)ps＜pa時，水蒸氣被吸收；當(dāng) ps=pa時，二者達(dá)到平衡。由此可見，只要將調(diào)濕建材應(yīng)用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，它便能自動調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，調(diào)濕過程連續(xù)、無能耗。</p><p>　　圖1 調(diào)濕建材調(diào)濕原理</p><p>　　2 調(diào)濕建材的適用場合</p><p>　　對于一些夏季要求除濕，冬季要求加濕的房間，傳統(tǒng)的空調(diào)濕處理方式是在除濕階段將室內(nèi)余濕排出；而在加

7、濕階段，再向室內(nèi)補(bǔ)充所需的濕量。事實(shí)上，對于那些全年需除濕量與加濕量相當(dāng)?shù)姆块g，如果房間內(nèi)部能把除濕階段的余濕儲存起來，到需要加濕時再釋放出去，那么該房間將不需要其它的除濕、加濕設(shè)備。調(diào)濕建筑能起到這種蓄放濕的作用。</p><p>　　對于室外空氣含水量濕量較低的地區(qū)，調(diào)濕建材可用于產(chǎn)濕量較大的建筑，相反，在氣候較潮濕的地區(qū)，調(diào)濕建材只能用于室內(nèi)無產(chǎn)濕或產(chǎn)濕量很小的建筑。</p><p>

8、;　　3 調(diào)濕建材應(yīng)具備的蓄濕量估算</p><p>　　從以上分析可知，調(diào)濕建材是通過儲存與釋放濕的方式調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，那么其蓄濕量要達(dá)到多少才能滿足室內(nèi)的調(diào)濕要求？現(xiàn)在一室內(nèi)尺寸為5m×5m×3m（長×寬×高）的辦公室為例，計算其在北京氣候條件下的全年濕負(fù)荷，并由此估算出調(diào)濕建材應(yīng)具備的蓄濕量，所涉及的計算條件見表1。室外氣象參數(shù)由供熱空調(diào)能耗分析用逐時氣象數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)M

9、edpha提供。</p><p><b>　　表1 計算條件 </b></p><p><b>　　房間基本情況</b></p><p><b>　　房間體積</b></p><p><b>　　5m×5m×3m</b></p&g

10、t;<p><b>　　門</b></p><p><b>　　2m×1m </b></p><p><b>　　窗</b></p><p><b>　　2m×2m </b></p><p><b>　　室內(nèi)溫濕

11、度設(shè)置</b></p><p>　　4,5月(春季)24℃</p><p><b>　　40%～65% </b></p><p>　　6,7,8月(春季)27℃</p><p><b>　　40%～65% </b></p><p>　　9,10月(秋季)24℃&l

12、t;/p><p><b>　　40%～65% </b></p><p>　　11,12,1,2,3月(冬季)20℃</p><p><b>　　40%～65% </b></p><p><b>　　室內(nèi)產(chǎn)濕</b></p><p><b>　　(人

13、員產(chǎn)濕)</b></p><p><b>　　人數(shù)</b></p><p><b>　　3 </b></p><p><b>　　產(chǎn)濕時間</b></p><p>　　8:00～18:00</p><p><b>　　(周一周五)

14、</b></p><p>　　產(chǎn)濕量(極輕勞動)[1] </p><p>　　20℃:19g/h; 24℃:96g/h; 27℃:115g/h </p><p><b>　　新風(fēng)量* </b></p><p>　　8:00～18:00(周一周五)</p><p>　　30 m3/ (h

15、·人) **</p><p><b>　　其它時間</b></p><p><b>　　0 </b></p><p>　　*認(rèn)為室外空氣只通過新風(fēng)通道進(jìn)入室內(nèi)，無滲入；</p><p>　　**辦公室（三級）的新風(fēng)量設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為：30 m3/ (h·人) [2]</p>

16、<p><b>　　3．1 計算方法</b></p><p><b>　　房間濕平衡方程： </b></p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中：V--房間體積，m3；</p><p>　　dr（n）--n時刻室內(nèi)空氣含濕量，kg/ kg

17、；</p><p>　　dr（n-1）--（n-1）時刻室內(nèi)空氣含濕量，kg/ kg；</p><p>　　dO（n）--n時刻室外空氣含濕量，kg/ kg；</p><p>　　G（n）--n時刻的新風(fēng)量，m3/h</p><p>　　W（n）--n時刻房間的內(nèi)擾散濕量；kg/ h</p><p>　　Q（n）--n

18、時刻房間空調(diào)系統(tǒng)的濕負(fù)荷，kg/ h</p><p>　　Q（n）&gt;0為除濕負(fù)荷, Q（n）&lt;0為加濕負(fù)荷；</p><p>　　ρa(bǔ)--空氣密度，kg/ m3；</p><p>　　Δτ--時間間隔，h。</p><p>　　計算時，先假設(shè)濕負(fù)荷Q（n）為0，由式（1）算出n時刻室內(nèi)空氣含濕量dr（n），對應(yīng)n時

19、刻的溫度可得該時刻的室內(nèi)相對φ（n），若n時刻在上班時間段內(nèi)，并且φ（n）超出室內(nèi)濕度的設(shè)定范圍，則須設(shè)定φ（n）的值（當(dāng)φ（n）&gt; 65%時，設(shè)φ（n）=65%，當(dāng)φ（n）&lt; 40%時，設(shè)φ（n）=40%），并算出其對應(yīng)的dr（n），代入式（1）反過來求解n時刻的濕負(fù)荷Q（n）。</p><p><b>　　3．2 計算結(jié)果</b></p><

20、;p>　　北京地區(qū)冬季室外空氣含濕量較低，全年新風(fēng)濕負(fù)荷為負(fù)值，其絕對值與全年室內(nèi)產(chǎn)濕負(fù)荷相當(dāng)，從而保證了房間全年的除濕負(fù)荷與加濕負(fù)荷相當(dāng)，并且呈現(xiàn)為冬季要求加濕、夏季要求除濕的情形（圖2），因此可以使用調(diào)濕建材將夏季的余濕蓄存起來，到冬季時再釋放出去，不需其它調(diào)濕手段。</p><p>　　圖2 日平均濕負(fù)荷全年變化</p><p>　　表2 北京地區(qū)計算結(jié)果</p>

21、<p><b>　　全年新風(fēng)濕負(fù)荷</b></p><p><b>　　全年室內(nèi)產(chǎn)濕量</b></p><p><b>　　全年除濕負(fù)荷</b></p><p><b>　　全年加濕負(fù)荷</b></p><p><b>　　-689&

22、lt;/b></p><p><b>　　702</b></p><p><b>　　244</b></p><p><b>　　-231</b></p><p>　　從表2得知，北京地區(qū)該房間一年的加、除濕量在240 kg左右，若使用調(diào)濕建材獨(dú)立調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，則要求其蓄

23、濕量達(dá)到240 kg，假設(shè)該房間使用了54 m2（除去門窗后的墻體內(nèi)壁面積）的調(diào)濕建材，建材厚20m m，即所用的調(diào)濕建材體積為1.08 m3，可得調(diào)濕建材所要求的蓄濕量約為222 kg/ m3，此外為了保證室內(nèi)相對濕度較舒適，還要求調(diào)濕建材蓄量在222 kg/ m3左右，仍保持其表面對應(yīng)的空氣相對濕度在較舒適范圍。</p><p>　　4 高分子樹脂凝膠Gel-- 一種高性能的調(diào)濕材料</p>&

24、lt;p>　　Gel是由高分子樹脂吸收鹽涂溶液后形成的凝膠，其調(diào)濕原理是利用了凝膠中的鹽溶液對水蒸氣的吸收與釋放作用。常用的鹽溶液為CaCl2或LiCl溶液。圖3人出了吸收了CaCl2溶液的高分子樹脂凝膠在不同相對濕度下對應(yīng)的平衡含水率，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃ [3]。其中C是每kg干固體中的含水率，Gel中的干固體是指吸濕前的高分子樹脂和無水CaCl2。為了便于比較，圖3還給出了常用吸濕材料硅膠的平衡含水率曲線[4]。從圖3可以看

25、出，凝膠在φ=50%～80% 之間的含濕量之差約為0.93 kg/ kg，而硅膠在相同濕度范圍內(nèi)的含水量水率之差只有0.37 kg/ kg左右?？梢奊el的蓄濕能力明顯優(yōu)于硅膠。</p><p>　　圖3 Gel與硅膠的平衡含水率曲線　 </p><p>　　圖4 調(diào)濕建材的平衡含水率曲線</p><p>　　Gel是膠狀物質(zhì)，不能直接作為墻體材料。將Gel摻混到水

26、泥、珍珠巖等材料中，可制成板狀調(diào)濕建材。圖4給出其了該調(diào)濕建材在不同相對濕度下的平衡含水率，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為27℃。從圖4可以看出該調(diào)濕建材在φ=40%～65%之間的含濕量之差約為270 kg/ m3，對于算例中的房間，只要使用0.89m3的調(diào)濕建材即可滿足要求。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　在一定的室內(nèi)產(chǎn)濕及氣候條件下，配合適當(dāng)?shù)?/p>

27、通風(fēng)換氣，調(diào)濕建材替代傳統(tǒng)的空調(diào)濕處理方式，獨(dú)立調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度是可行的。以高分子樹脂凝膠為主要材料的新型調(diào)濕建材，在φ=40%～65%之間的含水率之差可達(dá)270kg/ m3，具有很好的蓄放濕能力，可以滿足北京時地區(qū)辦公型房間的調(diào)濕要求。</p><p>　　本文只是從宏觀的、總體的角度估算了調(diào)濕建材應(yīng)具備的蓄放濕能力，但其吸放濕的速度能否滿足室內(nèi)的調(diào)濕要求，還需要進(jìn)下的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。</p>&

28、lt;p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 趙榮義，范存養(yǎng)，等，空氣調(diào)節(jié)。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994</p><p>　　2 陸耀慶，主編，實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993</p><p>　　3 Jin Zhaofen, Yutaka Askao, et al. Thermal and

29、 water storage characteristics of super-absorbent polymer Gel which absorbed aqueous solution of calcium chloride. Thermophysics and Heat Transfer Conference, Volume 4, ASME,1998</p><p>　　4 Motoyuki Suzuki.