建筑物理-4建筑围护结构的传湿与防潮

4.1建筑围护结构的传湿4.2围护结构的防潮4.3夏季结露与防止措施防潮第4章建筑围护结构的传湿与防潮耐久性保温性能室内环境品质空气含有水蒸气室内外温度变化客观现实围护结构表面或内部产生凝结人体舒适要求空气保持一定的相对湿度,湿度过大或过小会影响舒适度。室内外环境需保持一定的湿度，如家具、材料等保持其物理性能所需，但需适中。◆湿度过大使围护结构发生冷凝的可能增大，会影响其热工性能◆湿度的必要性第4章建筑围护结构的传湿与防潮◆冷凝：当物体表面温度低于与之相接触的空气露点温度时，出现冷凝水的现象。◆外围护结构的冷凝可分两种情况：表面凝结内部凝结第4章建筑围护结构的传湿与防潮表面凝结，就是在外围护结构表面上出现凝结水，其原因是由于水蒸气含量较多而温度高的空气遇到冷的表面所致；内部凝结，是当水蒸气通过外围护结构时，遇到结构内部某个冷区温度达到或低于露点时，水蒸气即形成凝结水，外围护结构内部受潮，是最不利的。第4章建筑围护结构的传湿与防潮一般的采暖房屋，允许在围护结构内部出现少量的冷凝水，在暖季会蒸发出去，但保温材料因内部冷凝受潮而增加的湿度不能超过一定的标准！！！外围护结构的湿状况主要决定于下列因素：1.用于结构中的材料的原始湿度；2.施工过程中进入结构材料的水分；3.由于毛细管作用，从土壤渗透到围护结构中的水分；4.由于受雨、雪的作用渗透到围护结构中的水分；5.使用管理中的水分，生产过程中使用水，使地板和墙的下部受潮。6.由于材料的吸湿作用，从空气中吸收的水分；7.空气中的水分在围护结构表面和内部发生冷凝。第4章建筑围护结构的传湿与防潮材料的吸湿特性用平衡湿度来表示。材料的吸湿：把一块干的材料试件置于湿空气中，材料试件会从空气中逐步吸收水分（空气中的水蒸气）而变潮，这种现象称为材料的吸湿。干燥状态吸水状态吸湿硅胶4.1建筑围护结构的传湿---4.1.1材料的吸湿特性平衡湿度：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。4.1建筑围护结构的传湿材料的等温吸湿曲线材料的吸湿特性，可用材料的等温吸湿曲线表征，如图。空气湿度最大吸湿湿度“S”形曲线◆材料的吸湿强度在相对湿度相同的条件下，随温度的降低而增加。重量湿度---4.1.1材料的吸湿特性建筑材料吸收的水分，是靠着水分子与材料骨架表面分子之间的分子作用力，以及水的表面张力作用保持在材料内部。水分子与材料固体骨架之间的结合能量取决于材料含水量的多少。当含水量很低时，水分子与材料的结合是非常牢固的。在严重受潮的材料中，结合就较弱，所以水分较易自由的迁移。当材料内部存在压力差（分压力或总压力）、湿度差（材料含湿量）和温度差时，均能引起材料内部所含水分的迁移，从高势位面向低势位面转移。--4.1.2围护结构中的水分迁移4.1建筑围护结构的传湿材料内所包含的水分，可以以三种形态存在：气态（水蒸气）、液态（液态水）和固态（冰）。在材料内部可以迁移的只是两种相态：一种是气态的扩散方式迁移（又称水蒸气渗透）；一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移。--4.1.2围护结构中的水分转移4.1建筑围护结构的传湿当材料湿度最大吸湿湿度时当材料湿度最大吸湿湿度时材料中的水分尚属吸附水，这种吸附水分的迁移，是先经蒸发，后以气态形式沿水蒸汽分压力降低的方向材料内部就会出现自由水，这种液态水将从含湿量高的部位向低的部位产生毛细迁移◆水分转移空气湿度4.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移外围护结构的水分迁移当室内外空气的水蒸气含量不等时，在外围护结构的两侧就存在着水蒸气分压力差，水蒸气分子将从压力较高的一侧通过围护结构向低的一侧渗透扩散。若设计不当，水蒸汽通过围护结构时，会在材料的孔隙中凝结成水或冻结成冰，造成内部冷凝受潮。对于围护结构，稳态下纯蒸汽渗透过程的计算与稳定传热的计算方法完全相似目前，在建筑设计中对围护结构的湿状况，还是采用粗略的分析方法，即按稳定条件下单纯的水蒸汽渗透过程考虑。1）即在计算中，室内外空气的水蒸汽分压力都取为定值，不随时间改变；2）不考虑围护结构内部液态水分的转移，也不考虑热湿交换过程之间的相互影响。4.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移稳态条件下，通过围护结构的蒸汽渗透量，与室内外的水蒸气分压力差成正比，与渗透过程中受到的阻力成反比。即围护结构的蒸汽渗透过程eiPPH01蒸汽渗透强度，g/(m2·h)围护结构的总蒸汽渗透阻,m2·h·Pa/g室内空气的水蒸气分压力,Pa室外空气的水蒸气分压力,Pa与传热过程计算相似！4.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移mmmddddHHHHH3322113210——任一分层的厚度，m——任一分层材料的蒸汽渗透系数，g/m·h·Pamdm围护结构的总蒸汽渗透阻表明材料的透气能力，与材料的密实程度有关。材料孔隙率越大，透气性越强。H0——围护结构的总蒸汽渗透阻,m2·h·Pa/g围护结构的蒸汽渗透过程eiPPH014.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移油毡静止空气玻璃棉玻璃和金属不渗透蒸汽垂直空气间层和热流由下向上的水平间层应指出，材料的蒸汽渗透系数还与温度和相对湿度有关，计算中采用的是平均值。μ=0.00018μ=0.018μ=0.065μ=0.135单位：g/m·h·Pa4.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移围护结构内外表面的水蒸气分压力可近似取为Pi和Pe，围护结构任一层的内界面上的水蒸气分压力计算公式：由于围护结构内外表面的湿转移阻，与结构材料层的蒸汽渗透阻本身相比是很微小的，所以在计算总蒸汽渗透阻时可忽略不计。)(011eimjjimPPHHPPm=2,3,4,…n11mjjH——从室内一侧算起，由第一层至第m-1层的蒸汽渗透阻之和与确定内部温度相似！与“导热热阻”类比与“对流换热热阻”类比4.1建筑围护结构的传湿--4.1.2围护结构中的水分转移◆内部冷凝的危害???◆所以在设计之初，应分析所设计的构造方案是否会产生内部冷凝现象，以便采取措施加以消除，或控制其影响程度1）内部出现冷凝水，会使保温材料受潮，材料受潮后，导热系数增大，保温能力降低；2）由于内部冷凝水的冻融交替作用，抗冻性差的保温材料便遭到破坏，从而降低结构的使用质量和耐久性。围护结构内部冷凝的危害很大，是一种看不见的隐患。4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验判断围护结构内部是否会出现冷凝现象，可按下述步骤进行：(1)根据室内外空气的温度和湿度确定室内外水蒸气分压力Pi和Pe，然后根据公式（4-3）计算围护结构各层的水蒸气分压力，并作出P的分布线。对于采暖房屋，设计中取当地采暖期的室外空气的平均温度和平均相对湿度作为室外计算参数。(2)根据室内外空气温度,确定围护结构各层的温度，并作出相应的最大水蒸气分压力(饱和水蒸汽分压力Ps)的分布线。(3)根据P和Ps线相交与否判定围护结构内部是否出现冷凝。PiPiPePe不产生冷凝产生冷凝单一均质层材料φ=(P／Ps)×100%)(011eimjjimPPHHPP4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验◆经判别若出现内部冷凝时，可按下述近似方法估算冷凝强度和采暖期保温层材料湿度的增量。◆冷凝界面经验和理论都已判明，在蒸汽渗透的途径中，若材料的蒸汽渗透系数出现由大变小的界面，因水蒸汽至此遇到较大的阻力，最易发生冷凝现象，习惯上把这个最易出现冷凝，而且凝结最严重的界面，叫做围护结构内部的“冷凝界面”4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验显然，当出现内部冷凝时，冷凝界面处的水蒸汽分压力已达到该界面温度下的饱和水蒸汽分压力Ps,c。eBcsicsAcHPPHPP,0,,0,21则，冷凝强度为：分压力较高一侧空气的水蒸汽分压力，Pa分压力较低一侧空气的水蒸汽分压力，Pa冷凝界面处的饱和水蒸汽分压力，Pa在冷凝界面蒸汽流入一侧的蒸汽渗透阻，m2·h·Pa/g在冷凝界面蒸汽流出一侧的蒸汽渗透阻，m2·h·Pa/g21冷凝界面4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验采暖期内总的冷凝量的近似估算值为：hccZ240,计算采暖期天数，day采暖期内保温层材料湿度(重量湿度)的增量为：(%)100100024iihcdZ应指出，上述的估算是很粗略的，当出现内部冷凝后，必须考虑冷凝范围内的液相水分的迁移机理，方能得出较精确的结果。保温层厚度，m保温材料的干密度，kg/m3g/m2百分比，重量湿度换算系数，g→kg(%)10010000,iicd4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验例4-1试检验图4-6所示的外墙结构是否会产生内部冷凝，若产生冷凝，试计算冷凝强度。已知ti=16℃，φi=60%，采暖期室外平均气温te=-4.0℃，平均相对湿度φi=50%。解：（1）计算各分层的热阻和水蒸汽渗透阻（2）计算室内外空气的水蒸汽分压力（3）计算围护结构内部各层的温度和水蒸汽分压力（4）计算冷凝强度图4-6外墙结构1-石灰砂浆202-泡沫混凝土（ρ=500kg/m3）503-振动砖板1405分钟！4.1建筑围护结构的传湿---4.1.3内部冷凝的检验◆若设计围护结构时考虑了最小传热阻的要求，保证内壁面温度高于露点温度，一般不会出现表面冷凝现象。1.正常湿度的房间：◆使用中应尽量使外围护结构内表面附近的气流畅通，如家具、壁橱等不宜紧靠外墙布置。◆当供热设备放热不均匀时，会引起内表面温度波动。内表面宜采用蓄热系数大的材料，以减少周期性冷凝的可能。4.2围护结构的防潮---4.2.1防止和控制表面冷凝2.高湿房间：浴室、游泳馆、冷库等游泳馆高湿厂房/车间4.2围护结构的防潮---4.2.1防止和控制表面冷凝2.高湿房间◆高湿房间：一般指冬季室内相对湿度高于75%，相应室温在18-20℃以上的房间。◆对于高湿房间，容易产生表面冷凝和滴水现象，要预防结构材料的锈蚀和腐蚀等有害的湿气作用。◆室内气温已接近露点温度（如浴室、洗染间等）的高湿房间，即使加大围护结构的热阻，也不能防止表面冷凝，这时应力求避免在表面形成水滴掉下来，并防止表面凝水渗入围护结构的深部，使结构受潮。4.2围护结构的防潮---4.2.1防止和控制表面冷凝◆为避免围护结构内部受潮，高湿房间围护结构的内表面应设防水层；对于间歇性处于高湿条件的房间，为避免凝水形成水滴，围护结构内表面可增设吸湿能力强且本身又耐潮湿的饰面层或涂层（SWA高吸水性树脂）。◆对于连续处于高湿条件，又不允许房顶内表面的凝水滴到设备和产品上的房间，可设吊顶（吊顶空间应与室内空气流通）将滴水有组织地引走，或加强屋顶内表面的通风，防止形成水滴。4.2围护结构的防潮---4.2.1防止和控制表面冷凝◆理论研究虽有一定进展，但尚不能满足解决实际问题的需要。◆目前在设计中，主要靠实践中的经验和教训来改善围护结构内部的湿状况。4.2围护结构的防潮---4.2.2防止和控制内部冷凝1.合理布置材料层的相对位置同一气象条件下，使用相同材料，但材料层次布置不同，则会出现不同情况。如图4-8。材料层布置应尽量在水蒸气渗透的通路上做到进难出易。有内部冷凝无内部冷凝保温层保温层indoorindoor导热系数小，蒸汽渗透系数大进难出易◆USD屋面，就是根据“进难出易”原则提出的◆双玻或三玻窗，也应遵循“进难出易”原则4.2围护结构的防潮---4.2.2防止和控制内部冷凝采用隔汽层（沥青、油毡或铝箔等）防止或控制内部冷凝是目前设计中应用最普遍的一种措施。2.设置隔汽层图4-10设置隔汽层防止内部冷凝（a）未设隔汽层；（b）设置隔汽层PPsPsP需注意，隔汽层不是完全不能透过水蒸汽