建筑物理课件4

2020/2/26第四章建筑防潮1河北工程大学建筑学院孙凤明2020/2/26第四章建筑防潮2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。2020/2/26第四章建筑防潮3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。2020/2/26第四章建筑防潮4一般是换气次数愈多，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4－1】已知室外温度一10℃，室内温度20℃，房间体积40m3，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）2020/2/26第四章建筑防潮5【解】①计算每小时交换的空气重量：按照房间体积为40m3，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1.26kg／m3，则每小时交换的空气重量为:1×40×1.26＝50.4kg／h②计算室外空气含湿量（de)室外实际水蒸汽分压力（P)，用公式φ＝P／Ps×100％，计算并查附录2，得知一10℃空气的饱和水蒸汽分压力Ps值为260.3Pa代入，得：2020/2/26第四章建筑防潮6P＝0.8×260.3＝208.24Pa。室外空气含湿量（de），用公式de＝0.622P/(Pa-P)计算de＝0.622×208.24／（101300—208.24）＝0.00128kg／kg干空气（标准大气压为Pa＝1.013×105Pa）③计算维持相对湿度50％室内空气应有含湿量di：室内应有水蒸汽分压力Pi。查附录2，得知20℃的空气饱和水蒸汽分压力为2337.1Pa，得：Pi＝0.5×2337.1＝1168.55Pa2020/2/26第四章建筑防潮7室内应有的空气含湿量di应为：di＝0622Xll68.55／（101300－1168.55）＝0.00726kg／kg干空气④计算需要的增湿率ΔdΔd＝（0.00726—0.00128)×50.4＝0.301kg／h即为了维持室内50％相对湿度约需补充水蒸汽量0.301kg／h2020/2/26第四章建筑防潮8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。2020/2/26第四章建筑防潮912020/2/26第四章建筑防潮10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ω100、ω80、ω60……等等，分别表示在相对湿度为100％、80％、60％……等条件下的平衡湿度，φ＝100％条件下的平衡湿度叫做最大吸湿湿度。2020/2/26第四章建筑防潮11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0～20℃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。2020/2/26第四章建筑防潮122020/2/26第四章建筑防潮13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。2020/2/26第四章建筑防潮14【例4－2】某外墙构造如图4－2，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】①计算内表面温度θi：应用第二章公式热阻得WKmR/31.104.084.0035.0064.007.033.001.011.020内表面温度℃48.15)1218(31.111.018i2020/2/26第四章建筑防潮15②计算室内空气的露点温度td：查附录2得18℃时的饱和蒸汽分压力Ps＝2062.5Pa，按公式P＝Ps·φ得室内实际水蒸汽分压力。P＝2062.5×0.6＝1237.5Pa以1237.5Pa查附录2得室内露点温度td为10.1℃③比较θi与tdθi＝15.48℃，td为10.1℃。显然θi＞td，因此可以判断这种围护结构的内表面不会结露。2020/2/26第四章建筑防潮16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。2020/2/26第四章建筑防潮17二、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。2020/2/26第四章建筑防潮18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。2020/2/26第四章建筑防潮19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4－3）：2020/2/26第四章建筑防潮20123PiPifP2ωP3ωΡePeμ１μ２μ３图4－3围护结构的蒸汽渗透过程(4－1)eiPPH01＝2020/2/26第四章建筑防潮21式中：ω——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/（m2·h）；H0——围护结构的水蒸汽渗透阻，(m2·h·Pa）／g；Pi——室内空气的水蒸汽分压力，Pa；Pe—室外空气的水蒸汽分压力，Pa。2020/2/26第四章建筑防潮22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：（4－2）nnndddHHHH22112102020/2/26第四章建筑防潮23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Pi和Pe。2020/2/26第四章建筑防潮24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：)(011eimjjimPPHHPP11mjjH式中：一－从室内一侧算起，由第一层至第m－1层的蒸汽渗透阻之和。（4－3）2020/2/26第四章建筑防潮25三、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Pi和Pe，然后按式（4－3）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ti和te，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Ps，并画出曲线。2020/2/26第四章建筑防潮26室内室内PPsPsP(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Ps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4－4所示。如P线与Ps线不相交．说明内部不会产生冷凝；若相交，则内部有冷凝。2020/2/26第四章建筑防潮27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4－5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。2020/2/26第四章建筑防潮28图4－5冷凝界面位置2020/2/26第四章建筑防潮292．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(PC)已超过该界面温度下的最大水蒸汽分压力（PS·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ωA，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ωB，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4－6。2020/2/26第四章建筑防潮30eoBCSioCSACHPPHPP,,,,（4－4）计算式为：ωC＝ωA－ωB或：图4－6内部冷凝强度2020/2/26第四章建筑防潮31式中：ωC——界面处的冷凝强度，g/(m2·h）。ωA、ωB——界面两侧的蒸汽渗透强度，g/(m2·h)；PA——分压力较高一侧空气的水蒸汽分压力，Pa；PB——分压力较低一侧空气的水蒸汽分压力，Pa；PC——冷凝界面处的最大水蒸汽分压力，Pa；Ho,i——在冷凝界面蒸汽流入一侧的蒸汽渗透阻（m2·h·Pa）/g；Ho,e——在冷凝界面蒸汽流出一侧的蒸汽渗透阻（m2·h·Pa）/g。2020/2/26第四章建筑防潮323.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。2020/2/26第四章建筑防潮33采暖期总的冷凝量计算方法为：ωc.o＝24ωc·Z（4－5）式中：ωc.o——采暖期内围护结构每m2面积上的总凝结量，g／m2；ωc——界面处的冷凝强度，g／(m2·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：（4－6）%100100024iicZ＝20