电子讲稿第四章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 空气湿度和围护结构防潮,室内空气湿度,材料的吸湿,外围护结构中的水分迁移,防止和控制冷凝的措施,舒适的热环境要求空气中必需有适量的水蒸汽，但当蒸汽在围护结构中凝结时，会对建筑产生不利影响。在建筑中需尽量避免在围护结构的内表面产生结露，同时更应防止在围护结构内部因蒸汽渗透而产生凝结受潮。,1,第一节 室内空气湿度,随着室内外空气的对流，室外空气的含湿量直接影响室内空气的湿度。冬季采暖房间室内温度增高，使空气的饱和水蒸汽分压力大大高于室外，虽然室内的一些设备和人的活动会散发水蒸汽，增加室内湿度，使室内实际水蒸汽分压力高于室外，但由于冬季室内、外空气温度相差较大，二者的饱和水蒸汽分压力有很大差距，从而使室内相对湿度往往偏低。,2,一般是换气次数愈多，室内外温差愈大，室内的相对湿度会愈低；甚至需要另外加湿才能满足正常的舒适要求。维持正常相对湿度所需湿量可按如下方法进行估算。,【例41】已知室外温度一10,，,室内温度20,，,房间体积40,m,3,，,每小时换气1次。室外相对湿度80。求维持室内相对湿度50所需的增湿率。（假设不考虑室内人和设备的产湿）,3,【解】计算每小时交换的空气重量：,按照房间体积为40,m,3,，,每小时换气1次，室内外平均温度为5，并查表得5的干空气密度为1.26,kgm,3,，,则每小时交换的空气重量为:,1,40,1.2650.4,kgh,计算室外空气含湿量（,d,e,),室外实际水蒸汽分压力（,P),，用公式,PP,s,100，,计算并查附录2，得知一10,空气的饱和水蒸汽分压力,P,s,值为 260.3,Pa,代入，得：,4,P,0.8,260.3208.24Pa。,室外空气含湿量（,d,e,），,用公式,d,e,0.622 P/(Pa-P),计算,d,e,0.622,208.24（101300,208.24）,0.00128,kgkg,干空气,（标准大气压为,Pa,1.013,10,5,Pa）,计算维持相对湿度50室内空气应有含湿量,d,i,：,室内应有水蒸汽分压力,P,i,。,查附录2，得知20的空气饱和水蒸汽分压力为2337.1,Pa，,得：,P,i,0.5,23,37.11168.,55,Pa,5,室内应有的空气含湿量,d,i,应为：,d,i,0622Xll68.55（1013001168.55）0.00726kgkg,干空气,计算需要的增湿率,d,d,（0.00726,0.00128,),50.40.301kgh,即为了维持室内 50相对湿度约需补充水蒸汽量,0.30,1,kgh,以上计算中未考虑室内自然产湿量。室内的自然产湿量按实际使用情况有很大差别，如,人体产湿就随室内温度、人数和人的活动状态不同而异。,6,第二节 材料的吸湿,把一块干的材料试件置于湿空气之中，材料试件会从空气中逐步吸收水蒸汽而受潮，这种现象称为材料的吸湿。,材料的吸湿特性，可用材料的等温吸湿曲线表征，如图4,1所示，该曲线是根据不同的空气相对湿度(气温固定为某一值)下测得的平衡吸湿湿度绘制而成。,7,1,8,当材料试件与某一状态(一定的气温和一定的相对湿度)的空气处于热湿平衡时，亦即材料的温度与周围空气温度一致(热平衡)，试件的重量不再发生变化(湿平衡)，这时的材料湿度称为,平衡湿度,。,图中的,100、80、60,等等，分别表示在相对湿度为100、80、60,等条件下的平衡湿度，,100,条件下的平衡湿度叫做最大吸湿湿度。,9,等温吸湿曲线的形状呈,“,S,”,形，显示材料的吸湿机理分三种状态，,(1)在低湿度时为单分子吸湿；(2)在中等湿度时为多分子吸湿；(3)在高湿度时为毛细吸湿。,可见，在材料中的水分主要以液态形式存在。表4,1列举了若干种材料在,020,时不同相对湿度下的平衡湿度的平均值。材料的吸湿湿度在相对湿度相同的条件下，随温度的降低而增加。,10,11,第三节 外围护结构中的水分迁移,一、表面冷凝的检验,冬季，围护结构内表面的温度经常低于室内空气温度，当内表面温度低于室内空气露点温度时，空气中的水蒸汽就会在内表面凝结。因此，检验内表面是否会有结露主要依据其温,度是否低于露点温度。,12,【例42】某外墙构造如图42，请判断它在室内温度18、相对湿度60、室外温度一12,时，内表面是否可能结露？,【解】计算内表面温度,i,：,应用第二章公式,热阻得,内表面温度,13,计算室内空气的露点温度,t,d,：,查附录2得18时的饱和蒸汽分压力,P,s,2062.5,Pa，,按公式,PP,s,得室内实际水蒸汽分压力。,P,2062.5,0.61237.5,Pa,以,1237.5,Pa,查附录 2得室内露点温度,t,d,为,10.1,比较,i,与,t,d,i,15.48，t,d,为10.1。显然,i,t,d,，,因此可以判断这种围护结构的内表面不会结露。,14,防止墙和屋顶内表面产生结露是建筑热工设计的基本要求。防止和控制的措施可归纳为：,1.使围护结构具有足够的保温能力，总热阻值至少应在规定的最小总热阻以上，并注意防止冷桥。,2如室内空气湿度过大，可利用通风降温。,3.普通房间的围护结构内表面最好用具有一定吸湿性的材料，使由于温度波动而只在一天中温度低的一段时间内产生的少量凝结水可以被结构内表面吸收。在室内温度高而相对湿度低时又返回室内空气。,4.对室内湿度大、内表面不可避免有结露的房间，如公共浴室、纺织及印染车间等，采,用光滑不易吸水的材料作内表面，同时加设导水设施，将凝结水导出。,15,二、围护结构的蒸汽渗透,当室内外空气中的含湿量不等，也就是围护结构的两侧存在着水蒸汽分压力差时，水蒸汽分子就会从分压力高的一侧通过围护结构向分压力低的一侧渗透扩散，这种传湿现象叫蒸汽渗透。蒸汽渗透过程是物质即水蒸汽分子的转移过程。,16,认真分析围护结构的传湿，不仅有由蒸汽分压力差引起的蒸汽渗透，还有由于温度差引起的水蒸汽迁移，在冷凝区还存在饱和水蒸汽及液态水的迁移问题，其计算十分复杂，所以目前在建筑中考虑围护结构的湿状况是按粗略分析法，即按稳定条件下单纯的水蒸汽渗透,考虑。,17,在计算中，室内外蒸汽分压力都取为定值，不随时间而变，且忽略热湿交换过程中的相互影响，也不考虑围护结构内部液态水分的转移。,稳态下蒸汽渗透过程的计算与稳定传热的计算方法相似，即在稳态条件下、单位时间内通过单位面积围护结构的蒸汽渗透量与室内外水蒸汽分压力差成正比，与渗透过程中受到的阻力成反比。其计算公式如下（图43）：,18,1 2 3,P,i,P,if,P,2,P,3,e,P,e,图,43 围护结构的蒸,汽渗透过程,(41),19,式中：,单位时间内通过单位面积围护结构的水蒸汽渗透量，又称蒸汽渗透强度，,g/（m,2,h）；,H,0,围护结构的水蒸汽渗透阻，,(,m,2,h,Pa）g；,P,i,室内空气的水蒸汽分压力，,Pa；,P,e,室外空气的水蒸汽分压力，,Pa。,20,围护结构的蒸汽渗透阻（,H,0,）,是指当围护结构两侧水蒸汽分压力差为,1,Pa,时，通过1,m,2,面积渗透,1,g,水份所需要的时间(,h)。对由多层材料作成的围护结构其蒸汽渗透阻是各层材料的蒸汽渗透阻之和，即：,（,42）,21,式中；,d,n,围护结构内一种材料层的厚度，,m,；,材料的蒸汽渗透系数，,g/（m,h,Pa）。,材料的蒸汽渗透系数（,），,表明材料的透过蒸汽能力。其定义为：1,m,厚物体，两侧水蒸汽分压力差为,1,Pa，,单位时间（,l,小时）内通过,lm,2,面积渗透的水蒸汽量（,g/(m,h,Pa）)。,22,材料的渗透系数值与材料的密实程度有关。材料的孔隙率越大，蒸汽渗透系数就越大。常用材料的蒸汽渗透系数值可查附录1。严格地说，材料蒸汽渗透系数尚与其所处温度和相对,湿度有关，附录中采用的是一般正常情况下的实验值。,在计算围护结构蒸汽渗透阻时，一般不考虑围护结构内、外表面附近空气边界层的蒸汽渗透阻，因为它与结构材料本身的蒸汽渗透阻相比影响非常小，可以忽略不计。这样，围护结构内、外表面的水蒸汽分压力可近似认为分别与室内、外空气的水蒸汽分压力相等，即分别为,P,i,和,P,e,。,23,围护结构内任一层界面上的水蒸汽分压力计算可参照稳定传热计算中内部温度的计算方法，各层水蒸汽分压力的计算式为：,式中：一从室内一侧算起，由第一层至第,m1,层的蒸汽渗透阻之和。,（43）,24,三、内部冷凝和冷凝量的计算,1.内部冷凝的检验,若设计不当，当水蒸汽通过围护结构的过程中遇到蒸汽渗透阻大的材料层，水蒸汽不易,通过，就会出现冷凝现象。判别围护结构的内部是否会出现冷凝，可按下列步骤进行。,（1）根据室内外空气的温度和相对湿度，确定水蒸汽分压力,P,i,和,P,e,，,然后按式（43）计算围护结构各层的实际水蒸汽分压力，并作出实际水蒸汽分压（,P）,的分布线。,（2）根据室内外空气温度,t,i,和,t,e,，,确定围护结构各层的温度，按附录2查出相应的饱和水蒸汽分压力,P,s,，,并画出曲线。,25,室内,室内,P,P,s,P,s,P,(,a),(b),图 4,-,4 判别围护结构内部冷凝情况,(,a),有内部冷凝；(,b),无内部冷凝,（3）根据,P,线和,P,s,线相交与否来判定围护结构内部是否会出现冷凝现象，如图44所示。如,P,线与,P,s,线不相交说明内部不会产生冷凝；若相交，则内部有冷凝。,26,如前所述，内部冷凝现象一般出现在复合构造的围护结构。若材料层的布置方式是沿蒸汽渗透方向先设置蒸汽渗透阻小的材料层，其后才是蒸汽渗透阻大的材料层，则水蒸汽将在两材料层相交的界面处遇到较大阻力，从而发生冷凝现象。,习惯上把这个最易出现冷凝、而,且凝结最严重的界面，叫作围护结构的,“冷凝界面”,。如图45所示，冷凝界面一般出现在保温材料与其外侧密实材料交界处。,27,图,45 冷凝界面位置,28,2冷凝强度计算,显然，当出现内部冷凝时，冷凝界面处的水蒸汽分压力(,P,C,),已超过该界面温度下的最大水蒸汽分压力（,P,S,C,）。,设由水蒸汽分压力较高一侧的空气进到冷凝界面的蒸汽渗透强度为,A,，,从界面渗透到蒸汽分压力较低一侧空气的蒸汽渗透强度为,B,，,两者之差即是界面处的冷凝强度，(单位时间、单位面积上的凝结水量），如图46。,29,（,44）,计算式为：,C,A,B,或：,图,46 内部冷凝强度,30,式中：,C,界面处的冷凝强度，,g/(m,2,h）。,A,、,B,界面两侧的蒸汽渗透强度，,g/(m,2,h)；,P,A,分压力较高一侧空气的水蒸汽分压力，,Pa；,P,B,分压力较低一侧空气的水蒸汽分压力，,Pa；,P,C,冷凝界面处的最大水蒸汽分压力，,Pa；,H,o,i,在冷凝界面蒸汽流入一侧的蒸汽渗透阻,（,m,2,hPa）/g；,H,o,e,在冷凝界面蒸汽流出一侧的蒸汽渗透阻,（,m,2,hPa）/g。,31,3.采暖期累计凝结量估算,围护结构内的蒸汽渗透和凝结过程一般十分缓慢，而且随着气候变化，在采暖期过后室内外蒸汽分压力接近，蒸汽不再向一个方向渗透，在其他季节围护结构内的凝结水还可逐步向室内、外散发，因此在采暖期围护结构内的蒸汽凝结量如果保持在一定范围内，对保温材料影响不大，则少量凝结也可允许存在。,32,采暖期总的冷凝量计算方法为：,c.o,24,c,Z （45）,式中：,c.o,采暖期内围护结构每,m,2,面积上的总凝结量，,gm,2,；,c,界面处的冷凝强度，,g(m,2,h）；,Z,采暖期天数，,d；,采暖期内保温层材料的重量湿度增量计算式为：,（,46）,33,式中：,材料重量湿度的增量，；,i,保温材料厚度，,m；,i,保温材料的密度，,kgm,3,；,1000,单位折算系数。,按照民用建筑热工设计规范（,GB5017693），,在采暖期内，围护结构中保温材料因内部冷凝受潮而增加的重量湿度增量应在表42以内,34,2,35,四、冷凝界面内侧所需蒸汽渗透阻计算,如围护结构内的蒸汽凝结量过大，超过规定的限值，则不仅材料保温性能下降，而且过多的水分在非采暖期内往往不能充分蒸发，以致逐年累积形成恶性循环，就会对围护结构产生很大的破坏作用这种情况在设计中必须防止。为此，要求在冷凝界面内侧的围护结构层有一定的蒸汽渗透阻，其计算式为：,36,式中；,H,o,i,冷凝界面内侧所需的蒸汽渗透阻，,m,2,h,Pag；,P,i,-,室内水蒸汽分压力，根据采暖期室内计算温度和相对湿度确定，,Pa,；,P,e,-室外空气水蒸汽分压力，根据采暖期室外平均气温和相对湿度确定,Pa；,P,S,C,-,冷凝界面处与界面温度对应的饱和水蒸汽分压力，,P,a,H,o,e,-,冷凝界面至外侧的蒸汽渗透阻，,m,2,h,Pag；,37,Z-,采暖期天数，,d,；,i,-,保温材料的干密度，,k,gm,3,；,-采暖期间保温材料重量湿度的允许增量，按表41q,取值，；,i,-,保温层的厚度，,m,10-,单位折算系数，因为,是以百分数表示，,i,是以,kg/m,3,表示的。,38,【例43】试检验图47所示的外墙结构是否会产生内部冷凝？已知,t,i,18，,i,60，,采暖期室外平均气温,t,e,16，,平均相对湿度,e,50。,【,解】计算各分层热阻和蒸汽渗透阻：,39,R,1.166 m,2,K/W,H1399.35 (m,2,h Pa)/g,由此得：,R,0,0.11+1.166+0.04=1.316(m,2,K)/W,H,0,1399.35(m,2,h Pa)/g,图 47,1.石膏板 10,mm；,2.,矿棉板 70,mm,；,3.陶粒混凝土 35,mm,40,计算室内、外空气的水蒸汽分压力：,t,i,18,时，,P,s,i,2062.5,Pa,室内实际水蒸汽分压力,P,i,2062.5,0.61237.5 Pa,按室外气温,t,e,1.6查附录2得,P,s,e,53,4.6 Pa,室外实际水蒸汽分压力,P,e,534.6,0.52673 Pa,计算围护结构各层的温度和水蒸汽分压力：,饱和水蒸汽分压,P,s,:,41,查表得,P,s,1,1863.8 Pa,查表得,P,s,2,1479.2 Pa,查表得,P,s,3,=590.6 Pa,42,查表得,P,s,4,562.6 Pa,实际水蒸气分压力,P,：,P,1,P,i1237.5 Pa,P,4,P,e,267.3 Pa,作出,P,s,和,P,的分布线（见图48），两线相交，说明有内部冷凝。,43,8,44,计算冷凝强度,在本例中，冷凝界面位于第二层和第三层交界处，故,P,s,c,=P,3,=590.6 Pa,H,o,i,=126.58+161.66=288.24(m,2,h,Pa)/g,H,o,e,=1111.11,(m,2,h,Pa)/g,按公式（44）,冷凝强度为 1.953,g/(m,2,h),45,第四节 防止和控制内部冷凝的措施,如前所述，围护结构内部的湿转移过程比较复杂，室内外的湿度也随时在变化，以上计算方法只是粗略估算；另外，在围护结构施工中如有多余水分进入保温材料，也会造成内部冷凝。,因此，更重要的是根据建筑防潮的实践经验和教训，采取一定的构造措施来防止内部冷凝。具体措施有：,46,当围护结构由多层材料构成时，应将蒸汽渗透系数小的密实材料放在水蒸汽分压力大的一侧（对除冷藏库外的一般建筑来说，应放在冬季温度高的室内一侧），而将蒸汽渗透系数大的材料放在蒸汽分压力相对较小的室外低温一侧，使渗透进围护结构的蒸汽能保持,”,进出平衡,”,或,“,进难出易,”,，以利于蒸汽排除，防止在围护结构内部积累。,如图49。,一.合理布置保温层,47,48,对于外侧有密实保护层或防水层的围护结构，如在保温层与密实层之间设可排汽的空气间层，以有效排除蒸汽，防止内部凝结。,如图410为一屋顶作法。图411为瑞典一建筑实例，该建筑外墙外表面为玻璃板，原来在玻璃板与其里面的保温层之间有小间隙，墙体内无疑结；改建后玻璃板紧贴保温层，一年后保温,材料内凝结了很多水，体积含湿量达50。,二、在围护结构内部设排汽间层或排汽沟道,49,图,410 有通风间层的围护结构,50,图,411 瑞典某建筑墙体,（,a,）,改建前无凝水（,b）,改建后产生凝水,51,隔蒸汽层可用沥青、油毡或铝箔等做成，但必须做得十分严密，并且在做隔汽层之前严格控制构件内的材料尤其是保温材料的含湿量，并尽量避免湿作业和两天施工，才能起到较好的效果。,由于这种方法在防上冬季室内蒸汽渗入的同时，也阻止了其他季节里构件内的水蒸汽排向室内，因此一般只用于室内湿度大的房间，目前对一般正常湿度的房间多不采用。图412表示了房间隔汽层的设置方式，隔汽层设在常年高,温一侧。,三在蒸汽流入一侧设隔蒸汽层,52,图,412 潮湿房间隔蒸汽层设置,53,对采用内保温作法的外墙，在保温层与外侧结构层之间设密闭的空气间层，由于空气间层两侧存在蒸汽分压力差，使蒸汽由处于高温一侧的保温层表面引向低温一侧的结构层表面，凝结的水分附着于结构层上而不能进入保温层内，从而使保温层干燥。,这种作法对凝结量不大的外墙具有很好的实际防潮效果但如凝结量过大，已超过结构层的吸湿能力时，就不能起防潮作用了。因此，采用这种防潮方式需经过计算。图4,13为具有密封空气间层的内保温外墙举例。,四.外墙内设密闭空气间层,54,图,413 有密闭空气层的内保温外墙,55,作 业,一、,P82,习题48 习题49,二、试检验图示围护结构是否会产生内部结露。已知室内温度,t,i,20，,室内相,对湿度,i,45，,采暖期室外平均气温一,2，,平均相对湿度,e,50。,第三版,P77,习题,56,60 80 40,内 外,钢筋混凝土,矿棉板,钢筋混凝土,END,57,