热湿气候地区湿传递对吸放湿墙体热湿性能的影响

以墙体中的空气含湿率和温度为驱动势建立了多层墙体的一维瞬态热湿耦合传递方程,将用此方程计算出的值跟用忽略湿传递的导热方程计算出的值进行对比得出湿传递对墙体热湿性能的影响。结果表明,对于吸放湿墙体而言,湿传递对墙体的热湿性能有着非常重要的影响。在进行墙体传热计算时,如果忽略墙体中的湿传递会产生较大误差,不能精确的预测墙体内的温度分布情况,并且导致计算出的空调负荷偏小,进而影响到空调的实际效果。     

复合调热调湿材料的理论、制备及性能研究

随着社会的发展,人类社会对能源的需求越来越大。能源的消耗,带来了一系列的环境问题。建筑在全生命周期过程中,其消耗的能源约占人类能源消耗的50%,而其中暖通空调系统消耗的能源可以占建筑物消耗能源总量的50%以上。暖通空调系统负荷包括潜热负荷和显热负荷,潜热负荷主要源于对室内环境相对湿度的控制,而同时相对湿度对人体舒适性、健康和工作效率也有很重要的影响。本论文则是在这一背景下,试图通过被动节能技术调控室内的温湿度,从而达到节能的目的。本论文主要包括3个部分,首先是对多孔材料的吸放湿现象进行理论分析;其次是制备能同时调热调湿的材料,并测试其性能;最后通过模拟软件对材料的节能效果进行模拟。本文首先分析了化学吸附与物理吸附的吸附过程,然后从毛细凝聚理论出发,分析了物理吸附过程中湿滞现象的成因,并对湿滞现象与孔结构的关系进行了分析,分别给出了单曲面孔结构和多曲面孔结构中湿滞现象的定性解释,并对均匀圆柱形孔内湿滞线的吸湿线与放湿线斜率进行了计算。在对湿滞现象分析的基础上,本文提出了定点调湿材料这一概念,并对理想定点调湿材料的特性进行了分析,利用AAO模板,对上述相关理论进行了验证。同时结合BET多分子层吸附理论,从理论出发,给出了湿滞环内循环的吸放湿路径描述公式。文章分析了材料的传湿系数和湿容在非常数情况下的湿缓冲情况,在考虑表面换湿系数的情况下,推导出包含换湿系数时的湿缓冲值,并给出具体的计算形式。接着,考虑外界相对湿度波动是近似简谐波动,并在此条件下,给出了材料在平衡之后的吸放湿量,并给出了相关的修正系数方程。测试了VCPCM(火山石粉与微胶囊复合材料)在不同相对湿度状况下的湿缓冲值,并利用软件模拟计算的方法,分析比较了石膏板、混凝土、加气混凝土以及云杉板4种材料在波动环境下吸放湿量的精确值以及通过湿缓冲值计算得到的值,其结果表明推导得到的修正系数可以很好地修正利用湿缓冲值计算得到的吸放湿量。接着通过正硅酸乙酯制备出二氧化硅,并利用共混法封装相变材料,然后将相变材料与硅藻土混合,制备出复合调热调湿材料。利用正硅酸乙酯,通过溶胶凝胶法,制备出微胶囊封装相变材料,并与硅藻土复合制备出复合调热调湿材料。利用一甲基三乙氧基硅烷,通过溶胶凝胶法,制备出微胶囊封装相变材料,并与火山石粉、沸石粉以及海泡石粉等几种矿物分别制备出不同的复合调热调湿材料。通过测试,其结果表明相变材料的热学性能得到提高、过冷度降低、复合材料的着火点提高。同时每种复合材料的吸湿性能都得到提高,传湿系数更大,湿缓冲值也比相应的矿物更大,且通过与石膏板的对比,复合材料的传湿性能远大于石膏板,其中VCPCM的湿缓冲值达到了"优秀"级别。最后利用EnergyPlus软件计算了南京与兰州两个在不同气候条件下城市中建筑的室内温度、相对湿度以及能耗情况。计算结果表明,在利用了调热调湿材料之后,室内环境的温度、相对湿度的波动幅度明显小于参照组,同时计算可得在5个月内的南京建筑的平均节能约为11.6%,兰州建筑的平均节能约为28.8%。     

复合硅胶被动调湿特性试验研究

被动式吸放湿是一种节能环保的调节相对湿度的手段。本文在封闭的小型环境箱内对新型复合硅胶调湿材料进行了除湿和放湿特性试验研究,结果表明该材料具有较好的调湿性能。而后,对该材料的等温吸湿性能进行了试验研究,发现其吸湿特性属于第III类型的多分子层典型吸附情况,从而进一步从材料微孔结构方面分析了该材料的调湿机理。     

纸面石膏板调湿性能研究

湿度是评价室内环境舒适程度的重要指标之一.调湿材料依靠自身的吸放湿性能,根据环境相对湿度的变化自动调节空气中的水分含量.纸面石膏板具有质轻、高孔隙率、优良的吸附性能、绿色环保等优点,是理想的调湿材料之一.对常规建筑围护材料的调湿性能进行了监测,尤其是对纸面石膏板的调湿性能进行了探索研究.通过测试发现,在冬冷夏热的北京7...     

两种坡缕石基复合调湿材料的热湿性能测定与比较

鉴于调湿材料的热湿物性决定着其热湿传递行为,研制了2种新型坡缕石基复合调湿材料——坡缕石基亚麻纤维材料(FP)和坡缕石基木质纤维材料(WFP),全面测量了这2种复合调湿材料的水蒸气渗透系数、等温吸附曲线和湿扩散率等关系到其吸放湿能力和热湿传递特征的物性参数,探究了材料厚度和相对湿度上下限对复合调湿材料湿缓冲值的影响.结果表明：材料越厚,相对湿度区间越高,复合调湿材料的吸放湿能力就越强;厚度为2.5 cm的FP和WFP的湿缓冲值分别达到2.83、3.11 g/(m²·%).     

复合相变调湿材料的制备与热湿性能

制备一种兼具调热调湿功能的新型复合相变调湿材料(CMPCM),该材料由相变微胶囊(MPCM)与多孔调湿材料合成。作为被动式节能材料,能够有效平抑室内温湿度波动和降低建筑能耗。其中,相变微胶囊由癸酸和十八烷酸的混合物为芯材、二氧化硅为壁材通过溶胶凝胶法合成,多孔调湿材料为硅藻土。通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA),正杯蒸发法和等温吸放湿法分析表征了复合相变调湿材料的组成结构、热性能、热稳定性以及传湿系数和湿缓冲值。DSC和TGA结果显示,复合相变调湿材料比普通相变材料有更小的过冷度和更好的热稳定性。传湿特性实验显示,该新材料比单纯的多孔调湿材料有更大的传湿系数和湿缓冲值。     

稻草板与常见建筑材料调湿特性对比实验

在相同实验条件下测定了稻草板和2种常用建筑调湿材料(硅藻泥及多孔无机矿物质瓷砖)的等温吸湿、放湿曲线,比较了上述3种材料调湿特性的差异性,并根据建筑材料平衡吸湿BET模型,给出3种材料平衡含湿量随相对湿度变化的拟合公式。实验中将3种样品置于不同相对湿度的环境中进行吸湿和放湿过程,间隔10 min记录样品的质量变化,测得样品在不同的湿度环境下吸放湿速率及平衡含湿量。实验结果表明:在相同的环境条件下(温湿度恒定),稻草板的平衡含湿量为硅藻泥的4~6倍,为多孔瓷砖的6~8倍;相同的环境条件下,稻草板的吸放湿速率最大,多孔瓷砖紧次之,硅藻泥的吸放湿速率最小;随着吸湿(放湿)时间增加,3种材料的吸湿(放湿)速率均呈衰减特性,但是衰减幅度及快慢不同,其中稻草板的衰减幅度最小。     

湿缓冲效应及其对建筑能耗的影响

为了更加准确地计算调湿材料的吸/放湿量,基于湿缓冲值的基本概念,提出了一种改进的吸/放湿量计算方法,通过引入相关修正系数,配合湿缓冲值可以计算不同湿度波动范围下的调湿材料的吸/放湿量;同时提出了一种可在各种湿度循环条件下进行湿缓冲值测量的双瓶法。并且通过数值模拟计算,分析了湿缓冲效应在典型气候条件下对建筑能耗的影响。结果表明:在半干旱气候和温带气候中,使用恰当的湿缓冲材料可以使建筑节能效率达到25%;并且随着湿缓冲值的增大,节能效率显著增加,在巴黎和马德里地区最高可达到30%以上。     

炭化工艺参数对竹炭调湿性能的影响

以平衡吸放湿量、吸放湿效率和调湿稳定性来评价竹炭调湿性能,研究了炭化温度、升温速率以及保温时间这3个炭化工艺参数与竹炭调湿性能之间的关系.结果表明:较低的炭化温度和较长的保温时间有利于竹炭平衡吸放湿量的提升,在较低的升温速率下竹炭的平衡吸放湿量较高;炭化工艺参数对竹炭的吸放湿效率影响不大;在升温速率低、保温时间短的情况下竹炭的调湿稳定性更好.     

环保型调湿材料的调湿性能试验研究

以石膏为基础胶结材料,通过添加吸附性较好的植物纤维、活性炭和高岭土,研制出一种具有较好调湿能力的材料;对配制的几种调湿材料的吸放湿性能进行了测定;利用计算机软件拟合了湿平衡曲线,得到调湿材料的等温吸湿曲线函数关系式。实验表明,植物纤维类调湿材料的调湿性能较好,在石膏基础上制备成装饰兼吸湿板材。     

建筑内表面吸放湿过程对室内环境和空调负荷影响的仿真研究

提出了一个考虑室内表面材料吸放湿过程的建筑热湿过程简化模型,介绍了对室内空气湿度及空调负荷的仿真分析。仿真结果表明,室内表面材料吸放湿过程有明显的降低湿度变化幅度的作用,对潜热负荷的影响较大     

无机改性掺和料对沸石调湿材料性能的影响

试验研究了无机改性掺和料对沸石调湿材料性能的影响,并根据扫描电子显微镜(SEM)观测数据和材料的吸附/解吸理论分析了沸石调湿材料的调湿机理.结果表明:无机改性掺和料掺量(质量分数)为15%～20%时,沸石调湿材料的抗压强度、耐水性和调湿性能均较优;改性掺和料与沸石反应生成了C-S-H凝胶和水化铝酸盐产物;沸石对空气中水分子的表面物理吸附、化学吸附和毛细孔道效应,使得沸石调湿材料能够自动调节湿度.     

Development of a method to relate the moisture content of a building material to its water activity

Subjective indicators of building dampness consistently have been linked to health, but they are, at best, semi‐quantitative, and objective and quantitative assessments of dampness are also needed to study dampness‐related health effects. Investigators can readily and non‐destructively measure the “moisture content” (MC) of building materials with hand‐held moisture meters. However, MC does not indicate the amount of the water in a material that is available to microorganisms for growth, that is, the “water activity” (A_w). Unfortunately, A_w has not been readily measurable in the field and is not relatable to MC unless previously determined experimentally, because for the same moisture meter reading, A_w can differ across materials as well as during moisture adsorption vs desorption. To determine the A_ws that correspond to MC levels, stable air relative humidities were generated in a glove box above saturated, aqueous salt solutions, and the A_w of gypsum board and the relative humidity of the chamber air were tracked until they reached equilibrium. Strong correlations were observed between meter readings and gravimetrically determined MC (r=.91‐1.00), among readings with three moisture meters (r=.87‐.98), and between meter readings and gypsum board A_w (r=.77‐.99).     

Transfer function method to calculate moisture absorption and desorption in buildings

A transfer function approach has been described to calculate dynamic moisture absorption and desorption by building materials in the hygroscopic range, and the dynamic moisture absorption and desorption processes have been theoretically modeled. Their surface vapor pressure and moisture absorption and desorption flux can be evaluated by this approach. It has turned out mathematically that the material surface attains instantaneous moisture equilibrium with the surroundings at high Biot number (Bi → ∞), and that the material moisture behavior can be described through a lumped-parameter modeling at low Biot number (Bi → 0). For building materials at intermediate Biot number, comparisons with experimental results and numerical solutions have shown satisfactory agreement with the proposed approach. Using this approach, the dynamic response of moisture absorption and desorption in interior building materials to the variation of indoor air humidity and the dynamic effect of moisture absorption and desorption by building interior materials on indoor air humidity and space latent cooling load can be simultaneously calculated.     

民用空调吸附材料的除湿性能研究

选取民用空调常用的两种吸附材料-硅胶和4A分子筛,在实验的基础上,对比分析了硅胶和4A分子筛两种吸附材料的除湿量、吸附能效以及脱附能效,结果表明：4A分子筛在整个吸附阶段都能保持较高的单位除湿量,比较适于二次除湿或深度除湿工作。而硅胶在很快时间内达到吸附平缓值,较适用于表面除湿及一次除湿工作。在相同的吸附和再生条件下,硅胶较4A分子筛有着更高的吸附和脱附能效,因此将硅胶作为民用空调系统的除湿材料较4A分子筛节能效果更佳。     

硅胶用于调节室内湿度的可行性研究

利用调湿材料被动调节房间湿度是一种节能环保的方法。在封闭的小型环境箱内对复合硅胶调湿材料进行了调湿特性研究。结果表明,在通常情况下硅胶不适合作为调湿材料。     

Chamber testing of adsorption of volatile organic compounds (VOCs) on material surfaces

A simple test chamber method to quantify adsorption and desorption of organic compounds on material surfaces is described. Important environmental parameters such as temperature, relative humidity and air velocity were varied and controlled independently around typical indoor values. Experiments were performed with alpha-pinene and toluene in concentrations of 160-300 micrograms/m3. The measurements show adsorption on and desorption from wool carpet, nylon carpet, polyvinyl chloride (PVC) floor coverings, cotton curtain material and the empty chamber. The ranking of the materials, with respect to their sorption capacity, is as mentioned above. The adsorption of alpha-pinene was higher than the adsorption of toluene for all the materials. Air velocity was not found to influence the sorption of alpha-pinene and toluene on wool carpet, tested with air velocities at 0, 10 and 20 cm/s. The experiments were carried out during both the adsorption and the desorption phase. The uncertainty of the experiments was lowest during the desorption phase. Based on the results obtained, it can be recommended that sorption experiments should be performed as desorption phase experiments. A one-sink model, based on the Langmuir adsorption isotherm, appears adequate to describe the results.     

生物质基调湿材料的特性研究

对利用生物质废弃物和添加剂作为部分原料研制的生物质基调湿材料进行了性能试验、对比试验和滞后性试验。结果显示,生物质基调湿材料对于被控环境的相对湿度具有明显的调节作用;与常用的轻质混凝土材料相比,生物质基调湿材料的调湿响应性能稍优,且质量轻,有利于节材和节能;生物质基调湿材料对被调节空间内空气湿环境的调节作用受到环境温度和材料种类的限制。