多孔建筑材料內(nèi)部濕分布及濕傳遞對導(dǎo)熱系數(shù)影響研究.pdf

1、建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)是建筑冷熱負荷、能耗計算的重要熱工參數(shù)之一。實際使用的多孔建筑材料大多有一定的含濕率，材料含濕后傳熱性能將發(fā)生改變。但目前的建筑冷熱負荷計算方法及軟件中，往往近似認為材料物性恒定，忽略其中濕分變化對材料導(dǎo)熱過程的影響，造成傳熱量計算誤差。因此，研究多孔建筑材料濕分與內(nèi)部傳熱的定量變化關(guān)系，修正導(dǎo)熱系數(shù)，對于建筑節(jié)能分析和暖通空調(diào)負荷計算均有重要意義。
　　建筑材料內(nèi)部濕分含量、分布特征、傳遞特性是影響材料傳熱的重要

2、因素，其不僅與材料孔隙結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，還受熱濕傳遞環(huán)境影響。中國各地氣候差異大，且材料結(jié)構(gòu)各異。揭示材料中濕分含量、濕傳遞對傳熱過程的影響程度，定量計算后，方可準(zhǔn)確掌握材料的傳熱性能。而從濕分的存在狀態(tài)分析，建筑材料中濕分包括靜態(tài)濕分布和濕遷移，兩者對材料內(nèi)部傳熱性能的影響機理并不相同。
　　針對以上問題，以揭示濕分與材料導(dǎo)熱系數(shù)定量關(guān)系，提供含濕多孔建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)的修正計算方法為目標(biāo)。利用理論分析、實驗測試與數(shù)值計算的方法，研究

3、多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，探索濕分在其中的靜態(tài)和遷移分布，揭示濕分布過程對材料內(nèi)部傳熱作用，獲得導(dǎo)熱系數(shù)隨濕分的因變特征。
　　針對靜態(tài)濕分對多孔材料導(dǎo)熱過程的影響作用，當(dāng)前固、氣共存導(dǎo)熱模型僅考慮材料固體骨架和濕空氣的傳熱作用，而忽視了材料內(nèi)部吸附濕分和凝結(jié)態(tài)濕分的問題；依據(jù)材料內(nèi)部的濕分狀態(tài)變化形成的液、氣空間替換，提出了固、液、氣體共存導(dǎo)熱物理模型。根據(jù)多孔建筑材料孔隙結(jié)構(gòu)曲折連通特點，利用分形理論建立了基于毛細管結(jié)構(gòu)的三相共存

4、多孔材料導(dǎo)熱系數(shù)計算模型。
　　利用該計算模型，分析獲得孔隙率、孔徑分布、含濕量、分形結(jié)構(gòu)等靜態(tài)濕分布參數(shù)對材料導(dǎo)熱系數(shù)的定量影響關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)：隨孔隙率的增加，導(dǎo)熱系數(shù)變化率先減小后增加，孔隙率小于0.1時，變化率尤為明顯；且飽和度越低，此變化特性越明顯。最小與最大孔徑比降低一個數(shù)量級，導(dǎo)熱系數(shù)降低約10％。隨迂曲度、迂曲度分形維數(shù)和面積分形維數(shù)的增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小，尤其是面積分形維數(shù)高于1.8時，此變化趨勢更為明顯。

5、>　　針對濕分傳遞對導(dǎo)熱過程的影響作用，通過熱濕耦合機理分析，以水蒸氣分壓力梯度和溫度梯度為驅(qū)動勢，建立了無濕相變的熱濕耦合傳遞控制方程。對當(dāng)前材料內(nèi)部濕凝結(jié)采用的宏觀濕分擴散理論，無法反映濕分凝結(jié)機理的問題，在無濕相變條件的熱濕耦合傳遞方程的基礎(chǔ)上，引入相變濕源和熱源兩項，結(jié)合經(jīng)典蒸發(fā)冷凝理論，建立了有濕相變的熱濕耦合傳遞控制方程。根據(jù)多孔材料內(nèi)部濕相變與溫濕度場的相互影響作用，提出了附加導(dǎo)熱量循環(huán)迭代計算方法，獲得了濕遷移和濕相變引

6、起的附加導(dǎo)熱系數(shù)。
　　基于上述有無相變熱濕耦合傳遞數(shù)學(xué)模型，通過大量分析計算發(fā)現(xiàn)，材料導(dǎo)熱系數(shù)低于0.2W/(m·K)時，濕遷移引起的材料導(dǎo)熱系數(shù)附加修正率變化較為敏感，而附加修正率隨水蒸氣滲透系數(shù)變化較為穩(wěn)定。隨兩側(cè)傳熱溫差減小，濕遷移引起的附加導(dǎo)熱系數(shù)修正幅度增大。在傳熱溫差為10℃，當(dāng)兩側(cè)水蒸氣分壓力從1000Pa增至4000Pa時，普通混凝土、粘土磚和加氣混凝土導(dǎo)熱系數(shù)可分別增大約2%、10%和35%。
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