被動式太陽能集熱蓄熱墻對室內(nèi)濕環(huán)境調(diào)節(jié)作用的

被動式太陽能集熱蓄熱墻對室內(nèi)濕環(huán)境調(diào)節(jié)作用的研究摘要：本研究在兩間分別采用被動式集熱蓄熱墻體和普通保溫節(jié)能墻體的同實(shí)體大的實(shí)驗(yàn)房屋中，利用多點(diǎn)溫濕度及風(fēng)速的計(jì)算機(jī)巡回監(jiān)測系統(tǒng)等，對室內(nèi)外溫濕度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度及墻體內(nèi)溫度等參數(shù)在采暖期進(jìn)行了長期實(shí)測，并通過對大量測試數(shù)據(jù)的分析，對被動式太陽能集熱蓄熱墻體對室內(nèi)濕環(huán)境的調(diào)節(jié)作用進(jìn)行了深入地實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)對由于采用集熱蓄熱墻體所帶來的濕環(huán)境的明顯改善進(jìn)行了機(jī)理分析。關(guān)鍵字：濕遷移被動式采暖降溫濕環(huán)境建筑節(jié)能1引言在寒冷地區(qū)，由于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕傳遞所帶來的建筑熱性能和壽命降低、影響人體健康或舒適性等方面的問題是非常嚴(yán)重的，為此，通常采用的方法是加強(qiáng)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的絕熱保溫性能或適時(shí)地進(jìn)行通風(fēng)換氣。隨著建筑節(jié)能相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，外墻的結(jié)露問題得到了較好的解決，但外窗的結(jié)露現(xiàn)象依然普遍存在。國內(nèi)外針對由于濕傳遞所產(chǎn)生的問題進(jìn)行了大量的研究，如：利用A.B.Luikov熱濕遷移理論分析墻體遷移對其隔熱性能的影響[1]、各種外圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕傳遞過程的理論和實(shí)驗(yàn)研究[2]~[9]、濕傳遞對導(dǎo)熱負(fù)荷的影響[10]等。在進(jìn)行多孔介質(zhì)中濕傳遞過程的理論分析時(shí)，由于存在著過程的非線性特征、滯后現(xiàn)象、非等溫等難點(diǎn)，多采用簡化計(jì)算方法；而在實(shí)驗(yàn)研究中，由于測定含濕多孔體中局部含濕量的變化非常困難，難以對墻體內(nèi)濕傳遞過程進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。有研究提出了利用測定溫度分布來測量瞬時(shí)濕分布的方法[11]，但其理論依據(jù)沒有考慮相變的影響。本研究在兩間南外墻分別采用被動式集熱蓄熱墻體和普通保溫節(jié)能墻體的同實(shí)體大的實(shí)驗(yàn)房屋中，利用多點(diǎn)溫濕度巡回監(jiān)測系統(tǒng)，對室內(nèi)外溫濕度、太陽輻射強(qiáng)度、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度及集熱蓄熱墻體內(nèi)溫度等參數(shù)進(jìn)行了實(shí)測，并通過對大量測試數(shù)據(jù)的對比分析，對被動式太陽能集熱蓄熱墻體對室內(nèi)濕環(huán)境的調(diào)節(jié)作用進(jìn)行了深入地實(shí)驗(yàn)研究。2實(shí)驗(yàn)方法2.1實(shí)驗(yàn)房實(shí)驗(yàn)房（圖1）建造在大連理工大學(xué)校園內(nèi)、兩間房屋南墻分別采用新型被動式集熱蓄熱墻體和普通保溫墻體，其余墻面均采用100mm的苯板外保溫加300mm厚煤渣混凝土空心砌塊、屋頂100mm苯板外保溫，門窗均采用絕熱性能優(yōu)良的單框雙層中空玻璃門窗。圖1的右側(cè)為被動式太陽能實(shí)驗(yàn)房（以下簡稱太陽房），左側(cè)為對比房。集熱蓄熱墻體的外側(cè)采用的是透光性和絕熱性能好的玻璃幕墻，玻璃幕墻與集熱蓄熱墻之間的空氣間層內(nèi)安裝有遮陽簾，集熱蓄熱墻體和對比房南外墻結(jié)構(gòu)及相關(guān)的物性參數(shù)如圖2所示。(a)對比房南外墻(b)太陽房南外墻圖2墻體結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)示意圖2.2測試方法溫濕度測點(diǎn)布置如圖3所示。室內(nèi)的壁面溫度及墻體內(nèi)的溫度測量均采用多通道計(jì)算機(jī)巡回檢測系統(tǒng)自動記錄、室內(nèi)中心點(diǎn)和空氣間層內(nèi)的溫濕度測量采用日本產(chǎn)數(shù)字式溫濕度測試儀（TR-72S）、室外的溫濕度數(shù)據(jù)采用美國產(chǎn)微型氣象站連續(xù)自動記錄，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔均為10分鐘。圖3中的EDPT和RDPT分別表示實(shí)驗(yàn)房和對比房中心點(diǎn)的露點(diǎn)溫度、RHE和RHR分別表示其相應(yīng)位置的相對濕度、其余符號表示其相應(yīng)測試點(diǎn)的溫度，測點(diǎn)均布置在房間的中心高度。圖3溫濕度測點(diǎn)布置圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3.1不同墻體作用下室內(nèi)含濕量的變化實(shí)驗(yàn)房于2003年10月底竣工，墻體內(nèi)含水量較高，尤其是太陽房在混凝土澆注過程中摻入了大量的水分，不同的墻體結(jié)構(gòu)和室外氣候條件對室內(nèi)含濕量的影響。陰天時(shí)，太陽房室內(nèi)含濕量比對比房高；晴天時(shí)，由于太陽光直接照射到集熱蓄熱墻體上，集熱蓄熱墻向室外側(cè)空氣間層的水分蒸發(fā)較快，使太陽房室內(nèi)的含濕量明顯低于對比房；隨著時(shí)間的推移，太陽房和對比房的室內(nèi)含濕量均保持在一個相對平穩(wěn)的狀態(tài)，但對比房的含濕量明顯地高于太陽房，。另外，0:00至10:00左右，陰天時(shí)的室內(nèi)含濕量高于晴天，15:00以后，結(jié)果相反，同時(shí)還可以了解到室外氣候變化對對比房含濕量的影響逐漸減弱。3.2表面結(jié)露分析在測試期間，由于室外氣溫較低，實(shí)驗(yàn)房門窗幾乎處于全關(guān)閉狀態(tài)，空氣間層和室內(nèi)外相對濕度隨時(shí)間的變化如圖5所示。由圖5可知，對比房的室內(nèi)相對濕度在3/4的時(shí)間段里高達(dá)80%，最低也在60%左右，比實(shí)驗(yàn)房約高20%。被動式太陽能墻體的空氣間層，受太陽輻射的作用，相對濕度（RHAL、RHAR）遠(yuǎn)低于室內(nèi)側(cè)的相對濕度（RHE），使集熱蓄熱墻體的濕傳遞為從向室內(nèi)和空氣間層的雙向傳遞過程過渡到向空氣間層的單向傳遞，太陽房內(nèi)的相對濕度由于被動式太陽能墻體吸放濕特性而保持一個適宜的濕度狀態(tài)。圖6表示的是在同樣的試驗(yàn)條件下，太陽房和對比房室內(nèi)側(cè)門窗、南外墻壁面溫度以及室內(nèi)露點(diǎn)溫度的隨時(shí)間變化情況，圖中符號參見圖2。由圖6可知，由于集熱蓄熱墻的作用，太陽房南外墻室內(nèi)側(cè)壁面溫度（EWL、EWR）比對比房（RWR、RWL）高約3~5℃，太陽的日出日落運(yùn)行規(guī)律，使太陽房南外墻室內(nèi)側(cè)壁面溫度產(chǎn)生一定的波動，而對比房則變化不大。雖然兩個房間室內(nèi)溫度相差不大（1~1.5℃左右），但由于對比房的高濕環(huán)境使露點(diǎn)溫度比太陽房高約3~5℃，從18：00~7：00，門內(nèi)側(cè)表面溫度幾乎等于露點(diǎn)溫度，窗內(nèi)側(cè)表面溫度則低于露點(diǎn)溫度，出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，當(dāng)室外氣溫低于-5℃時(shí)，結(jié)露現(xiàn)象非常嚴(yán)重，而相比之下太陽房從未出現(xiàn)過結(jié)露。圖5空氣間層和室內(nèi)外相對濕度的逐時(shí)變化圖遲(a)水缸太陽尖房參殺(b)道筒對比房瞇圖駐6奔堆室內(nèi)壁面絕溫度和露宋點(diǎn)溫度的潔逐時(shí)變化膝圖憶3.3礦艙墻體內(nèi)部濃水蒸氣分奏壓力分布興多孔介質(zhì)問的傳濕過恩程是包含扔了氣液兩怨相流動、赤相變、熱璃濕耦合傳針遞等現(xiàn)象小的復(fù)雜過怒程。前節(jié)串已經(jīng)對表皺面結(jié)露現(xiàn)位象進(jìn)行了正分析，本叛文中為了什簡化對墻環(huán)體內(nèi)部傳紗濕過程的斯分析，根很據(jù)文雜獻(xiàn)節(jié)[12俊]債介紹的穩(wěn)慣態(tài)下純蒸侮汽滲透過著程的計(jì)算廉方法對太想陽房的集伶熱蓄熱墻慶和對比房辣的南外墻漏內(nèi)部水蒸扛氣分壓力嫂進(jìn)行了計(jì)努算，具體恨計(jì)算方法岸如下：葵1侮）根據(jù)墻乏體兩側(cè)空淘氣的溫度匪和集熱蓄扛熱墻體內(nèi)販三個測點(diǎn)購的溫度（諸見走圖書3紀(jì)），做出械相應(yīng)的飽薦和水蒸汽御分壓改力加P致s木的分布線產(chǎn)。躲2資）腥少根據(jù)墻體起兩側(cè)空氣尺的溫度和使相對濕度軋，確定兩投側(cè)空氣的廣水蒸汽分導(dǎo)壓劉力思P翼i鑼、拖P門e掀，并計(jì)算霞各層的水施蒸汽分壓繳力鉛：告m=2健,3,4掠,努…攤…棒n侄式中哪：廁H她0征—均墻體的總朵蒸汽滲透殘阻技，分H牲0撇=H償1拘+H沾2鄭+H匯3豐+越…燒…雄=泡—野任一分層療的厚度日，晝m脅；唐拋—愚任一分層尋的材料的您蒸汽滲透秩系猛數(shù)澇,g/鹿(m·h遺·Pa)伸i嶼—餅室內(nèi)乒；誤e渣—農(nóng)室外愧；好鉛—乞從室內(nèi)一熟側(cè)算起，睜由第一層谷至頸第祥m-冒1酸層的蒸汽璃滲透阻之案和。秧由于集熱介蓄熱墻外約側(cè)空氣層柄良好的吸并濕作用及傍墻體本身竊的集熱蓄稿熱特性，進(jìn)墻體處于匆干燥狀態(tài)腸，內(nèi)部未去出現(xiàn)凝結(jié)強(qiáng)現(xiàn)象；而扣對比房的錯南外墻內(nèi)野部水蒸氣個分壓力承在宋0:0笨0露、君6:0狂0牲和駐18:0績0何都比較接避近飽和水養(yǎng)蒸氣分壓嚷力，計(jì)算梅結(jié)果顯示魯也未產(chǎn)生霜內(nèi)部凝結(jié)赤。芹以上的計(jì)沙算僅僅是贊近似的分熱析，而實(shí)城際上，在挎含濕多孔統(tǒng)材料的含裂濕量中液緊態(tài)水所占娃的比例遠(yuǎn)歌大于氣相委，需要應(yīng)夾用水蒸氣含和液態(tài)水短同時(shí)傳遞吊的濕遷移老混合模型憲進(jìn)行求解貴。在該模愉型中，由滾于涉及到松相變系數(shù)亭，該系數(shù)濁的確定完凳全依賴于川濕遷移過散程中水蒸劣汽和液態(tài)趴水各自的塊傳遞速率叫，所以確桑定它很困土難。馳3.4手躁與室外的掏關(guān)系狼圖映9聯(lián)表示太陽府房和對比納房予200系3正年托1妨1頸月密~200濟(jì)4滾年奶2匯月的室內(nèi)絞外相對濕洞度的相關(guān)好變化圖。遙由圖可知祥，當(dāng)室外彎相對濕度自增加時(shí)，偵室內(nèi)相對撓濕度幾乎咬沒有明顯愧的變化，遺這可以認(rèn)命為是由于戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)房均支采用外保血溫，外保呀溫材料聚稱苯板的蒸顆汽滲透系板數(shù)很小，持濕氣很難遍通過圍護(hù)赤結(jié)構(gòu)向室記內(nèi)傳遞，蘇另外由于怒實(shí)驗(yàn)過程知中門窗幾撈乎都呈關(guān)析閉狀態(tài)，莫所以室內(nèi)控的相對濕般度受室外灑的影響很嬸小。況3.5敗扶室內(nèi)舒適草性比較管由于實(shí)驗(yàn)敞房是剛剛狀竣工的房殘屋，雖然帽室內(nèi)沒有田產(chǎn)濕源，鞭但墻體內(nèi)闖含水率很白高，太陽堆房和對比畢房室內(nèi)相鋪對濕度比謝相同地點(diǎn)剖的采暖房廈間蜜高濫20~5戲0續(xù)%割。蓋200薄4佩年春節(jié)前聲后，大連淡遇到了罕任見的持續(xù)變低溫天氣忙，室外氣系溫券達(dá)瘦-14~嘩-1劑7位℃超，在未采妻取任何采容暖措施的傷情況下，貴實(shí)驗(yàn)房兩口間房間的悄室內(nèi)溫度臥仍保持像在肆9~1炕1箭℃邪左右。雖紅然太陽房廚和對比房湊室內(nèi)溫度欣相差不大仿（某1~1.乘5回℃梢），但由劃于壁面溫漏度和室內(nèi)爹相對濕度冷存在較大仗差異，室遞內(nèi)熱舒適閣感覺明顯辯不同。對洽比房始終冠給人一種趁氣悶的感懶覺，而太粥陽房感覺逝比較舒適陷。4.結(jié)論瓜200綱3嗚年刺1原1誕月場~200綁4售年伯2飲月，對被曠動式采暖傍降溫實(shí)驗(yàn)晌房進(jìn)行了模長期連續(xù)畏的溫濕度齊測試，通壩過對太陽膨房和對比鵝房觀察和眠測試的結(jié)枯果表明，贊被動式太蘆陽能集熱顏蓄熱墻體扯結(jié)構(gòu)對室鼠內(nèi)濕攝圖父9桂播室內(nèi)相對這濕度與室易外相對濕紛度的相關(guān)異變化圖健環(huán)境具有鴉很好的調(diào)喝節(jié)作用，李能有效地賀防止室內(nèi)紀(jì)表面結(jié)露首現(xiàn)象的發(fā)慌生，同時(shí)旬室內(nèi)舒適真性也得到色了明顯改麥善。另外稿，通過實(shí)配驗(yàn)了解到酬由于在玻港璃幕墻內(nèi)興側(cè)會出現(xiàn)賤凝結(jié)現(xiàn)象蠅，所以需薄要考慮凝暑結(jié)水的排航放措施。參考文獻(xiàn)狡1而.斤季杰，許徑文發(fā)，嚴(yán)才寒地區(qū)建姨筑墻體濕災(zāi)遷移對其委隔熱性能求影響的研槍究，中國陸科學(xué)技術(shù)帶大學(xué)學(xué)報(bào)諷，情Vol.齡2解4杜，端No.1俯,199侮4炊，帖114-袍11雕8般。塊2腫.辨趙立華，渣董重成，阻賈春霞，環(huán)外保溫墻豬體傳濕研涂究，哈爾呆濱建筑大茄學(xué)學(xué)報(bào)棚，鞏3私4警（兆6下）念，里200軟1狐，軋p.78糞~8顯1元。出3葉.納賈春霞，棄趙立華，宇董重成嶺，拿竊嚴(yán)寒地區(qū)竄外貼聚苯幕板復(fù)合墻暫體傳濕研木究，保溫徑材料與建瑞筑節(jié)能濁，竭8圍，倒200摘1勝，想p.1~者4碌。廈4慕.漢蘇向雅輝臨,繡昂海揪松躲,暑許故鋒雞,沫建筑構(gòu)件狂內(nèi)瞬態(tài)熱鴿濕分析中巴的多層求蠅解方膚法嘗,盜骨計(jì)算物理世，麥2賊0嘆（僅4繡）羨，猜200遞3輪，綱p345靠-350校.產(chǎn)5慨.昆陳永成，吹陳啟高，典建筑墻體賭潮濕區(qū)濕腿度計(jì)算方腥法研究心，搜重慶建筑涉大學(xué)學(xué)報(bào)米，滴Vol.松1旨9堂，馳No.3較,199岔7恩，說16-2凍2扶。刮6扔.冬陳永成，開陳啟高，填圍護(hù)結(jié)構(gòu)撥吸濕區(qū)濕圣分布的分雷析解，重忙慶建筑大違學(xué)學(xué)報(bào)藍(lán)，誕Vol.蘿1激9別，戒No.4則,199蝴7騎，姨30-3搖7酒。隙7境.村唐鳴放，種陳啟高，踢王進(jìn)，空兄氣滲透對艘房屋圍護(hù)陡結(jié)構(gòu)多孔男材料層濕濕度的影響笨，重慶建深筑大學(xué)學(xué)數(shù)報(bào)句，委Vol.細(xì)1諸9淘，螺No.4恐,199廚7梨，糾77-8師0岔。碑8.lu級xia靜oshu欺,Es治tima避tion而of省indo峰orm重oist閘ure扣gene牢rati加onr鋼ate穗from廳mea兩sure佛ment腦in敗buil呆ding畜s,B治uild樣ing忘and奴Envi粗ronm茅ent,劑38(巨2003據(jù)),6專65-6堂75.犯9.Fr稻anck驗(yàn)Luc機(jī)as,蒜Laet遙itia婚Ade姿lard艘,Fr業(yè)an?o冷isG質(zhì)arde垮and俊Har剩ryB輸oyer機(jī),St賄udy槐ofm悲oist洋ure泛inb濱uild沸ings廊for承hot園hum輕idc您lima懲tes,茄Ene污rgy寸and守Buil際ding任s,3秧4(4繳),臟2002犯,34希5笨–層35娃5央。蘇10.N宅.Men蜜des,減F.C峰.Win頑kelm果ann,躍R.L奸amb