围护结构湿传递

1、护结构湿传递研究摘要建筑围护结构采用的材料大多是多孔介质，由于多孔介质材料内部含有较多的孔隙，其 内部容易存在湿空气、液态水甚至固体冰。建筑内部环境通过围护结构与外部环境不断地进 行湿和热的传递，因此除了室外环境外，围护结构的热湿状况对室内环境及建筑能耗都有非 常重要的影响，对影响围护结构内热湿耦合传递因素国内外的研究越来越多。关键字：湿传递、多孔建筑材料、结露现象、热湿耦合传递AbstractBuilding envelope materials used are porous media, within which contains more pores and its internal

2、easily have wet air, liquid water and solid ice. Environment inside the building transfer constantly wet and heat through the building envelope and the external environment , so in addition to the outdoor environment, the heat and moisture conditions of building envelope had a very important impact

3、on the indoor environment and building energy consumption. The research on the factors of affecting on the envelope the structure transferring heat and moisture had more and more at home and abroad.Keywords:mass transfer;porous building material； dewing phenomenon； coupled heat and mass transfer研究背景

4、及意义对于建筑围护结构的节能来说，大多数人只会考虑到它的保温隔热性能。虽然保温和隔 热都是围护结构的重要作用，但仅仅考虑这两方面是远远不够的。其防潮性能和耐久性这些 年也逐渐开始受到人们的重视。随着对围护结构研究的深入，学者们逐渐意识到建筑围护结 构各部位的湿组分对围护结构具有破坏性的影响。因此，越来越多的学者开始着手研究湿量 对围护结构的影响。其中，围护结构内表面结露方面的研究一直是学者们研究的重点。围护 结构中的热和湿是会相互影响的，传热和传湿是研究建筑热环境时不可分割的问题。只有研 究围护结构内的热湿耦合传递过程，才能准确计算出围护结构内表面的温度，为围护结构内 表面结露现象的研究提供依

5、据。然而，围护结构热湿耦合传递使围护结构中热质传导机理变 得复杂，现实中很难全面的在热工和围护结构设计中考虑热湿耦合传递的问题，因而不利于 围护结构的节能设计。另外，在墙体内部的冷凝区域内，存在着由温度梯度驱动的饱和水蒸 气迁移和由温度及湿度梯度共同驱动的液态水分迁移，这使得围护结构热湿耦合计算更加复 杂。由于围护结构热湿耦合传递计算具有复杂性，建筑师们在设计围护结构时更多的只是考 虑保温隔热，或者依赖经验兼顾防潮，而非准确地计算湿迁移对围护结构的影响，造成建筑 不节能、影响建筑物外表的美观以及经济损失等众多问题。因此，研究围护结构内热湿迁移 特性并把它应用于建筑结构设计，使用和维护中等工程领

6、域具有很大的现实意义和社会效 益。正文从目前已有的研究成果来看，对热传递的研究比较多，而对湿传递的研究还很缺乏，主 要原因是有关湿传递的研究要困难得多，目前对多孔墙体湿传递的研究主要包括：1）针对寒 冷地区保温墙体冬季结露受潮问题，热湿地区夏季墙体积湿的霉变问题，研究沿墙体厚度方 向水蒸气压力和温度分布情况；2）研究多孔墙体传热传湿对室内温湿度或热湿负荷的影响； 3）研究多孔墙体热湿吸放过程对室内热湿环境的影响；4）围护结构热湿耦合传递。1、多孔介质湿传递研究1921年，Lewis提出固体的干燥包括两个过程：第一是湿分在固体表面的蒸发，第二是 湿分从固体内部扩散至表面。1929年，Sherwo

7、od延续了这一观点，并且认为湿含量梯度是 湿分扩散的驱动力，菲克定律适用。他建立了完全类似于一维非稳态导热方程的湿分扩散方 程，从而对迁移过程给出了可以进行定量分析的数学表达式。然而，其理论计算与实验结果 存在着较大的差异。1931年，Sherwood认识到了这一点，并修正了自己的观点，认为多孔 介质内部湿分的扩散存在着各种阻力。此后，King针对食物干燥，提出了蒸汽扩散模型。1937年，Cealglske和Hougen认为颗粒状物料干燥时，其内部的质传递并非由扩散决 定，而是由毛细流动决定的，从而建立了毛细管驱动模型。Henry将相变理论引入到多孔介质的水分迁移的研究中，认为只要有温度梯度存

8、在，就 会产生相应的蒸汽压力梯度，因而水分可以以蒸汽扩散的形式发生迁移。显然，Henry 了提 出了湿分迁移驱动力的另一种形式。Philip和de Vrieso在1957年首次提出了以温度梯度和湿分梯度为推动势的双场耦合理 论模型。他们认为，土壤中的湿分传输同时存在气相和液相两种形态，而这两相流体的运动 都是由温度梯度和湿分梯度驱动的。其中，液相质量流率基于非饱和Darcy定律，蒸汽质量 流率基于Stefan扩散定律，根据他们的理论，水分的总质量流可以写成如下形式人=_风跄叫方*式中夕为湿分含量；T为温度；Kz为由于重力产生的质量流量；D0和Dt分别为等温扩 散系数和热扩散系数。这些扩散系数同

9、时包含了来自气相和液相的扩散因素：玖=4 j +以丁叫=DTi + DtvPhilip和de Vries的主要贡献在于他们把液态湿分方程和汽态湿分方程有机结合起 来，把单一驱动机制推向热湿双场驱动机制，这是含湿多孔介质研究的一大进展，后来的学 者们纷纷引用他们的经典方程（或略加修正）去解决许多实际问题。继Philip和de Vries之后，Luikov将不可逆热力学方法引入到多孔介质热湿迁移的 研究，建立了关于场物理量温度T、湿分。、压力P的三场梯度驱动模型，即=KT+K29+KT + KO + KP=K2lv2r+k,K+K.yrp上面三个方程中，二阶扩散项前的系数称为唯象因子，分别反映含湿

10、非饱和多孔介质内 部的多种输运机制。这一模型具有对称、直观、理论性强的特点，而且，因总压力驱动机制 的引入及多种内部因素的考虑，使得多孔介质的理论模型得以发展，也有不少研究者在 Luikov模型的基础上，进一步完善和改进，用来解决一些具体问题。但是，这一模型也有 几个缺陷，其中非常重要的一点是，由于所有表达式都是基于唯象关系式，因此，方程中各 参数的物理意义不是十分明确，而且，由实验的方法获得方程中的9个以张量形式出现的唯 象系数是十分困难的。另一个缺陷是恒相变因子的应用，这一因子被定义为蒸汽相中的水分 输运与液相中的水分输运的比值。虽然，采用相变因子可以对模型起到简化作用，但是，它 的取值带

11、有一定假设的性质，使得由上面方程组求得的分析解变为半经验解。再者，这个模 型没有反映气体的扩散传输机制，也有包括液体的对流传输机制等，而这些都是非饱和多孔 介质传输过程的重要机制。Whitaker在多孔介质传输领域做出了杰出的贡献，他的多相系统输运理论为人们在多孔 介质中应用连续介质力学方法来建立基本的守恒方程奠定了基础，尤其是他体积平均化技术! 对粒径（或平均孔径）、体积元及过程尺度的划分!再加上局部热力学平衡条件，使得人们自然 地将连续介质理论由单相推广到像含湿非饱和多孔介质这样的多相系统。Whitaker从每一相 （固相、液相、气相）的质量和能量守恒关系入手，对不同相采用容积平均法，得到

12、一系列控 制方程。虽然最终的方程与标准的连续方程和动量方程没有太大的区别，但他对连续介质力 学的创新性应用，将人们对多孔介质热质传输过程的理论描述，从简单输运机制过渡到复杂 输运机制，从微观水平提升到宏观水平，从对微观尺度下每一相的守恒研究转向对宏观尺度 下的表征体元平均值的守恒研究。Whitaker模型的主要假设有：1、局部热平衡；2、达西定律有效；3、气相传输的主要 机制为菲克扩散和渗流作用；4、液相传输的主要机制为毛细流动（假定气相压力梯度对液体 运动的影响可以忽略）；5、刚性多孔固体骨架。其方程的形式如下：（吗）房+SM+*必）而=列&冲+。-沔 ） + V奶）次时那图*A（n Y?（

13、0+甲（凡*）=寸p那 -arLCt式中，4ff为多孔介质有效导热系数；Deffg为气相有效扩散系数。这一模型的优点是：建模的假设非常清楚，方程中各项的物理意义明确，物性参数的定 义准确，而且，模型中包含了物理现象的大量信息，从而，可以对所研究的问题进行较全面 的分析。然而，该模型也有不足，如对过程的输运和控制机制的描述还不够完善，尤其是对 各种力的平衡关系未作全面表述，因此，还需要做出大的改进。Mamoru和Matstnnotoa等人提出了含湿多孔介质中有冻融现象存在时热湿祸合传递问 题的数学模型。该模型考虑了冻融水的作用，认为即使在0C以下，液态水在含湿多孔介质 有冻融现象存在的热湿祸合传

14、递过程中依然起着重要作用。该模型把湿化作为湿迁移势，综 合三相传热传质，建立了三相共存模型的平衡方程和能量守恒方程，并对模拟结果作了分析。P、Hau、PI等人通过能量守恒、质量守恒、线性瞬态对流定律及嫡增原理，建立了多 孔材料的热、湿及空气渗透三项祸合的非线性微分方程，丰富了多孔介质传热传质理论，并 开发了相应适合于多维模型运算的软件。目前，人们对围护结构热湿传递问题已经有了相对深入的认识，但在围护结构的工程设 计中，以Glaser提出的纯蒸汽扩散模型为代表的稳态理论多年来一直被普遍采用。IEA的资 料表明，这种方法在欧美国家的工程实践中是主要的方法。其他少数几个欧美国家应用的 饱和蒸汽压曲线

15、/水蒸汽分压力曲线交叉法。其实质也是Glaser法。在我国建筑防潮设计中， 用的也是露点温度法和饱和蒸汽压曲线/水蒸汽分压力曲线交叉法。该模型并不详细分析建 筑围护结构中的湿迁移，只考虑常系数、稳态条件下的蒸汽扩散，判断建筑围护结构表面温 度是否低于环境的露点温度，用几个简单的步骤预估出建筑结构内部冷凝的可能性和冷凝可 能发生的位置。此模型最大的局限性在于它假设多孔材料内部只存在水蒸气，湿传递只是以 水蒸气扩散的形式进行的。而在实际情况中，多孔材料中液态水和水蒸气是同时并存同时传 递的。因此在传递机理上，纯蒸汽扩散模型是和实际情况存在偏差。在建筑围护结构传递的研究层面，国外已经进开展了不少工作

16、并取得了很多成果。Acker 给出了关于建筑物中水蒸气迁移和凝聚控制的基本讨论。Clarkel等人阐释了霉菌生长的过 程。对于地面（楼板）的传热传湿研究，Janssen， Deru， Bahnne， Hagentoft， dersonl。等做了 大量的实验!数值研究，研究了地基材料导热系数随含湿量的变化关系，地面传湿对室内气 温波动带来的影响以及传湿对于传热速率的影响。其中Hagentoft和Anderson对于不同形状 以及不同保温策略的建筑基础做了大量的研究，其研究成果成为欧洲标准。Nicolajsen和 Hansen通过实验共同提出保温层厚度以及通风对湿负荷几乎没有影响。在建筑能耗计算中

17、， 建筑材料吸放湿的过程日益得到重视，不少学者对此进行了探讨。国内在建筑围护结构热湿状况研究方面也取得了不少成绩。陈启高等对建筑围护结构中 的热湿迁移过程进行了多年的探索与研究，从多孔材料中的含湿机理，多孔材料热湿迁移模 型的建立与求解，到空气间层防潮技术等都进行了深入的研究。苏向辉针对多层多孔结构一 维瞬态热湿祸合传递进行模拟研究，建立了引入湿积累项的瞬态热湿祸合模型，利用传递函 数解析方法求解了墙体内不同剖面处温度和含湿量变化。闰增峰对生土建筑围护结构的传热 传湿特性进行了分析。李魁山、张旭用FLUENT软件，基于Henry提出的热湿传递模型对 不同保温形式下典型热桥的热湿传递进行了研究。

18、季杰、许文发以及赵立华，董重成，贾春 霞等人根据严寒地区的气候特点，对墙体内的凝结进行了不少研究。郭兴国，陈友明、则对 南方高温高湿环境下墙体的热工性能进行分析、王中华、运用Delphin软件对建筑围护结构 中的湿分传递!积累及其对传热的影响进行了数值模拟研究。2、寒冷地区围护结构潮湿问题2.1围护结构结露机理当室内气温低或湿度大时，有可能会导致围护结构内表面出现结露现象。这不仅影响到 室内的美观，更会影响围护结构的性能，使其保温性能变差。同时，还会为霉菌的增长创造 条件，更会对围护结构造成进一步的破坏。根据热力学原理，当一定温度的湿空气中水蒸气分压力达到该温度下水蒸气的饱和分压 力时，水蒸气

19、就释放出热量凝结成水。对于未饱和的湿空气，若在水蒸气分压力不变的情况 下使其降低温度，这时虽然湿空气中水蒸气含量不会变化，但水蒸气的状态将按定压线变化， 直至达到新的饱和状态。在这种饱和状态下对应的温度称为湿空气的露点温度，简称露点。 露点是对应于水蒸气分压力的饱和温度。如再进行降温，将有凝结水析出。如果温度不变， 湿空气中水蒸气含量增加，即水蒸气分压力增加，则其状态将沿等温线移动直到上界限，所 以空气的温度越高，能够包含的水蒸气就越多。相反，空气温度低时，尽管只含有少量水蒸 气，空气也能达到饱和。同样，即使湿空气本身没有达到饱和，而与湿空气接触的物体的表 面温度低于湿空气的露点温度，则在接触

20、面附近的空气中水蒸气也会凝结成水，称为结露现 象。空气中水蒸气的饱和分压力仅与温度有关，一定温度下饱和水蒸气分压力为固定值，所 以在此温度下是否发生结露现象，仅取决于湿空气中水蒸气分压力。湿空气中水蒸气含量越 多，对应的露点温度就越高，就越容易结露。特别是当湿空气与冷固体表面接触时，如果冷 固体表面的温度低于空气的露点温度，就很容易产生结露现象。在对围护结构结露现象的研究中按照结露部位划分，可分为三类。第一类是围护结构表 面的结露现象，这也是最容易研究的结露现象。只需用壁面温度与空气的露点温度进行比较， 当壁面温度低于空气的露点温度时，即认为壁面会产生结露现象。第二类是多层复合墙体（也 包含屋

21、盖、地面）材料的内部结露现象。多层墙体是由多种不同的建筑材料构成。而不同的 建筑材料其水蒸气渗透系数是不同的，当湿分从水蒸气渗透系数大的建筑材料一侧向水蒸气 渗透系数小的建筑材料一侧传递时，湿分会被挡在两种材料的间层中。使间层的水蒸气分压 力增大。如果此处为墙体的低温侧，其对应的饱和分压力较小。这时如果水蒸气分压力达到 饱和，此处就会产生结露现象。这种结露现象与温度梯度有关，还与水蒸气渗透系数不同的 材料排列顺序有关，是一种湿流受阻型的结露现象。第三类是保温层内部产生的结露现象。 保温层中的温度梯度很陡，而且呈直线，水蒸气分压力的梯度近似为指数函数，呈曲线。如 果保温层高温一侧的相对湿度极高，

22、或两侧的温差极大，保温层中便会产生结露现象。当水 蒸气向分压力低的一侧流动时，其流动途径上有的地方温度梯度大，有的地方湿度梯度大。 当多层墙体中采用保温材料或其他热阻很大的材料时，这类材料两侧的温差很大，使其低温 一侧的饱和水蒸气分压力（或饱和含湿量）急剧变小。即使透过低温一侧的水蒸气含量不大， 也能够形成容易结露的条件。在这种情况下，如果保温层低温一侧为蒸气渗透阻很大的材料， 那么蒸气渗透阻越大则越容易结露。因此，不要片面认为保温层的导热系数越小越好，如果 与蒸气渗透系数不匹配，内部产生结露现象，导热系数反而会增大，而且会加速水浸老化的 过程。2.2防止墙体表面冷凝、结露措施根据以上分析的结

23、露机理，特提出以下解决措施1）正常湿度的采暖房间对于这类房间，若围护结构已按最小总热阻设计，且保温薄弱的部位也进行了检验和处 理，一般情况下不会出现表面冷凝现象。但使用中应尽可能使围护结构内表面附近的气流畅 通，家具不宜紧靠外墙布置。为防止供热不均匀而引起围护结构内表面温度的波动，围护结 构内表面层宜采用蓄热系数较大的材料，利用它蓄存的热量起调节作用，减少出现周期性冷 凝的可能。2）高湿房间一般是指冬季室内空气温度处于18-20以上，而相对湿度高于75%的房间。对于此 类建筑应尽量防止表面显潮和滴水现象，以免结构受潮和影响房间使用质量。当房屋在使用中处于短暂或间歇性高湿状况时，为避免围护结构内

24、表面冷凝水形成水滴 下落，内表面可采用吸湿能力强又耐潮湿的饰面层。在凝结期，水分被饰面层所吸收，待房 间比较干燥时，水分又从饰面层蒸发出去。当房屋在使用中处于连续高湿状态时，为避免围护结构内部受潮，内表面应设不透水饰 面或增设防水层，以阻止冷凝水渗入围护结构深部。对于那种连续处于高湿条件下、又不允 许内表面冷凝水滴落的房间，内表面在采用不透水材料层时，还应在构造上采取措施将表面 冷凝水滴导流，并有组织地排除。2.3防止内部冷凝材料层次的布置应符合“进难出易”的原则。在同一气象条件下，围护结构采用相同的 材料，由于材料层次布置的不同，效果可能显著不同。如图所示国1 . 3-20 材同布理层次村内

25、部冷株的老响 e易进椎出.有内邵冷率；雄进易出，无内邸冷旋（a）方案是将导热系数小、水蒸汽渗透系数大的保温材料层布置在水蒸汽渗入的一侧， 将比较密实、导热系数较大而蒸汽渗透系数较小的材料布置于另一侧。由于内层材料热阻大， 温度降落多，饱和水蒸汽分压力“Ps”曲线相应地降落也快，但该层透气性大，水蒸汽分压 力“P”曲线降落平缓；而外层情况正相反。这样“Ps”线与“P”线很容易相交，说明容 易出现内部凝结。（b）方案把轻质材料保温层布置在外侧，而将密实材料层布置在内侧。水蒸汽难进易出， “Ps ”线与“P”线不易相交，说明内部不易出现冷凝。显然，从防止围护结构内部出现冷凝来看，（b）图所示方案较为

26、合理，这一规律在设计中应当遵循。图1.3-22设置隔汽层防止冷凝（。）未设隔汽层；（6）设置隔汽层3、热湿地区墙体湿传递引发的问题3.1墙体积湿霉变自然界中，空气中以水蒸气形式存在的水分始终包围着我们。只要墙体两侧存在着绝对 含湿量差（也即是水蒸气分压力差），就会发生水蒸气的扩散现象，与墙体传热原理类似， 湿传递过程也是连续的。我国南方地区夏季温度高、湿度大、持续时间长。最热月平均温度 2529C，日平均气温大于25C的天数达100200天，最热月平均相对湿度78%83%，属 于典型的高温高湿区域。该地区夏季有空气调节时的室内相对湿度一般设计在60%左右， 波动幅度在5%以内，显然室内、外存在

27、着很大的湿度差，所以就会有墙体的传湿过程。 由于墙体的材料有一定的干燥程度要求，而墙体的湿过程会使得墙体材料的干燥程度下降， 从而引起建筑材料的热性能下降、强度降低以及产生霉菌等一系列的问题，在影响建筑美观 的同时，损坏了建筑的结构，缩短了建筑的使用年限，同时又影响了墙体的保温隔热性能。 据美国旅馆与汽车旅馆协会1991年统计，平均每年仅用于整修因发霉对建筑物所造成损坏 的费用就高达6800万美元之多。另外一个例子是位于佛罗里达州的波尔卡法院，它由于霉 菌滋长带来一系列问题，并且停止使用了好几年，最后用1600万美元修整，修整费用高达 其原始建造费的一半。为解决湿传递所引起的霉变，特提出以下几

28、种方式抑制霉菌生长：1、保持室内墙壁及家具的清洁卫生，减少霉菌生长所需营养物2、湿度控制手段1）减少室内相对湿度；2）保持表面温度在露点温度以上；3）使用水蒸气防护层控制水蒸气和空气渗入墙体；4）防止因下雨和地下水渗入墙体。3、采用一种或几种抑菌防霉剂来改善（但因考虑其可能带来的污染）为了提高人们的生活质量，保证良好的室内空气品质，以及减少霉菌对建筑结构侵蚀带 来的直接经济损失，我们在这方面还应进行大量的理论与实验研究。3.2对墙体结构影响加气混凝土砌块是一种比较常用的多孔建筑材料，其干燥收缩受湿度影响变化很大，干 缩湿胀的现象比较明显。受湿热环境的影响，在春夏季节施工时，砌块长期处在高湿环境

29、， 水分难以挥发，容易造成砌块上墙时含水率过高，待秋冬季节天气干燥，砌快干燥收缩，就 会造成抹灰层的开裂、空鼓，严重的还会造成砌体本身开裂。对于传湿引起的建筑结构问题，必须从建筑材料的选择、结构的设计以及施工等多方面 共同研究，针对不同的季节和不同的情况，实时系统地进行处理。同时，为了避免墙体结构 内过多的存在水蒸气，我们需要准确地预测墙体内部湿度在外界环境变化下的分布情况，从 而帮助我们选取合适的墙体材料和采取有效的措施。4、围护结构热湿传递对室内热湿负荷影响湿负荷是空调负荷的重要组成部分，但湿负荷除了由室内设备、人员以及空气交换等产 生之外，还包括建筑围护结构的吸、放湿过程引起的湿负荷。由

30、有效渗透理论知，室内湿度 变化而引起的墙体湿传导集中表现为墙体内表面材料的吸放湿过程，且吸放湿作用发生在墙 体内表面的薄层中。对南方地区来说，建筑墙体的吸、放湿过程直接影响着室内湿度水平及 潜热负荷。吸放湿过程引起含湿量的变化和相变以及温度的变化，从而间接地影响到显热负 荷。在夏热冬暖地区，潜热负荷占空调负荷的比例很大，而传统的湿负荷计算理论没有充分 考虑湿度对空调能耗的影响，计算出来的负荷不够准确，造成空调系统设备容量的选取比较 粗略，从而使得空调系统不能满足用户负荷的需求或增加初投资费用和能量消耗。尤其当空 调间歇运行时，对于一般的办公室系统需要用12h来除去因夜间通风和空气渗透带入的被

31、室内表面吸收的湿量，由此多消耗了一部分系统能量。随着空调负荷计算的不断精确化和建 筑节能技术的快速发展，人们必需认真考虑湿度对建筑能耗的影响。由于围护结构热湿传递影响室内热湿负荷变化，故提出以下解决意见。由于目前的建筑 能耗分析方法中缺乏准确估计建筑湿过程对室内空气湿度和空调负荷的影响的方法，一般的 方法是先计算显热负荷，然后用一个附加百分数表示被调空间的湿负荷，即使在需要详细计 算湿负荷的区域也没有计及建筑材料的吸放湿量，故需要对该地区墙体的内表面吸、放湿过 程对进行理论研究。5、护结构湿传递引发的热舒适性及空气品质问题墙体湿传递过程包括三个方面：第一方面是墙体的外表面与室外空气之间的湿交换

32、程， 该过程随室外气象条件变化而变化，主要是对墙体外部结构产生作用；另一方面是墙体内部 的湿传导过程，该过程主要对墙体的内部结构性能产生影响，由于墙体的湿阻力很大，通过 墙体传到室内的湿分非常少，所以墙体的导湿对室内热环境的影响可以忽略不计。第三方面 是墙体的内表面的吸、放湿过程，该过程是影响室内热舒适性及空气品质的主要过程。通过 墙体内表面的湿度波动，就会影响到墙体向室内释放的湿量或从室内吸收的湿量，继而影响 到人们的舒适感。从人体舒适角度考虑，全年平均室内空气相对湿度50%为最优。目前夏 热冬暖地区一般考虑的只是夏季的建筑防热，对建筑地防湿没有认真考虑，空调房间内的设 计温、湿度一般达不到

33、最优化，从而影响了室内得热舒适性。空气中的湿度通过各种直接或 间接途径影响我们的舒适感，我们的能量平衡，热感觉，皮肤的湿润感，对衣物触觉感以及 空气品质都受其影响。给人们提供舒适的室内环境是世界各地人体热舒适性研究人员的共同目标。生活中，湿 度总和其它三个物理参数共同作用对人体舒适感产生影响，当环境温度适中(15.5C 26. 5C)时，湿度的变化对人整体的热舒适感影响不大，相对湿度改变50%，对人体整体感觉影 响约相当于温度改变1C，但相对人体皮肤的滋润感及局部热舒适(呼吸道)却有很大影响。湿度过低，人体皮肤因缺少水分而变得粗糙甚至开裂，人体的免疫系统也会受到伤害， 对疾病的抵抗力大大降低甚

34、至丧失;室内湿度过高，皮肤相对湿度增大直接影响皮肤与衣物 之间的摩擦力；较高湿度下，人体上呼吸道豁膜表面的冷却不充分，空气闷热且不新鲜;另 外，湿度不同对人体的吹风感也有影响。研究湿度对人体的舒适性，对制订合适的室内湿度界限有重要作用。我们可以从湿平衡、 人体热感觉、皮肤的润湿感以及对衣物触觉感等几个方面综合考虑室内地热舒适性，在夏季 防热的同时充分考虑防湿因素。低浓度的污染物质是保证良好的室内空气品质及人体健康的 重要条件，所以要有效地控制室内、外湿度的传递以及充分考虑室内物体的散湿、吸湿因素。 为了避免室内产生霉菌等污染物，在适当季节进行有效的自然通风。6、护结构热湿耦合传递围护结构材料的

35、固体骨架构成的空间中充满空气以及水分，水分可能以蒸气、水或冰任 意种状态或混合状态存在。当建筑围护结构中含湿量较低时，其换热的主要模式是固体颗粒 的导热。随着建筑围护结构中含湿量不断提高，在固体颗粒的接触点周围形成液岛。液岛的 出现导致热量传递方式的拓展，蒸发一冷凝过程中的相变潜热对墙体热量传递产生重大影 响。因为包含蒸气蒸发一冷凝相变过程的热导率相对于纯气体空隙的热导率要大得多。当湿 分含量达到饱和时，低导热性的气体完全被高导热性液体所取代从以上过程分析中可以看 出，传热方式因围护结构中含湿量的不同而不同。换言之，即建筑围护结构内热量传输与湿 分传输是强祸合的。建筑围护结构使用的大多是多孔体

36、材料，如红砖、混凝土结构、石灰砂浆等。由于多孔 材料内部毛细孔隙的存在，当围护结构处于自然条件下时，空气中含有的水蒸气会通过毛细 孔隙进行迁移渗透。多孔材料中水蒸气的存在会影响材料的热工性能，因此，研究多孔材料 中传热传质规律对于提高建筑围护结构的保温隔热能力，节约空调能耗等具有非常重要的意 义。墙体中的热湿传递情况是以多孔介质传热传质规律为基础的，要切实分析墙体中的热湿 状况，需要掌握如下原则：水蒸气向比其温度低的方向转移原则。对于这个原则，人们在设计墙体时已加以了利 用。例如：在围护结构的高温高湿一侧设置隔气层，采取隔气防潮措施，可以阻隔向低温的 热绝缘层渗入水蒸气。但是，这种措施并未保证

37、热绝缘层不受潮。(2)空气渗透的燥湿律。当空气由高温向低温的多孔材料中流动时，沿程因受冷却，空 气中的水蒸气可能产生凝结；反之，当空气由低温测向高温侧流动时，沿程受到加温而干燥。 因此，对于所经过的材料而言，前者的作用是潮湿，后者的作用是干燥。(3 )浸润原则。液态水能够在材料中从浓度高的地方向浓度低的地方沿毛细管浸润。这 样的浸润渗透往往与水蒸气的方向相反，能加大潮湿区的范围，并能抵挡部分水蒸气渗透。 当绝缘材料足够厚时，还能构成二者的动平衡，即达到热绝缘层的湿状况恒定不变。(4)平衡原则。材料处在一定的温度湿度条件下，必须通过吸收水分或者释放水分产生 与其所处温湿度相平衡的湿度，叫自然湿度

38、或平衡湿度。环境湿度越大材料平衡湿度越大。 多孔介质内热湿迁移是由驱动势推动的，根据不同的驱动势，建立的数学模型也不同。常用 的多孔介质热湿传递驱动势包括水蒸气密度、水蒸气分压力、温度、相对湿度等。墙体作为 外围护结构的一个重要组成部分，对其热湿性能进行评价研究一直都是建筑科学技术研究的 的一个热门问题。经过几十年的发展，国内外的学者们提出了各种各样的理论模型用来分析 墙体的热湿性能。6.1关于热湿耦合模型的求解方法对多孔围护结构热湿传递问题的求解方法有解析解法、数值解法和模拟法。解析解法包括直接积分法、分离变量法、映像法、保角映射法、叠加法、Duhamel积分 法、小扰动法、拉普拉斯变换法和

39、近似积分法等。但是解析解法的应用范围有限，只适用于 较简单的场合，例如线性齐次问题和简单的非线性非齐次问题。解析解法有推导严格、表达 清晰的优点。Mikhailov和Ozisik基于经典的积分变换方法得出了线性问题的解析解ml，但是在计 算过程中并没有考虑复杂特征值的存在，而该特征值对温湿度的分布有显著影响；Chang， 等应用解耦技术处理耦合方程，但是未能解决控制方程和边界条件同时耦合的情况旧引； Fudym，等提出了半无限大介质的一维瞬态热湿耦合传递线性方程的解析解；Cheroto，等利 用改进的集总系统分析法求得耦合方程的近似解，虽没有复杂特征值的计算，但是求解准确 性较差；Qin等对热

40、湿耦合方程和边界条件进行了 Laplace变换，将耦合偏微分方程转化为 常微分方程，再用传递函数法解四阶常微分方程，解方程过程是纯解析过程，没有复杂特征 值的计算，该方法可用来验证数值解和近似解的准确性；许锋，等以Luikov方程为基础， 提出了用传递函数分析方法研究墙体内热湿耦合问题，对不同剖面处可以进行温度和含湿量 的动态预测，此法不仅可用于单层围护结构内热湿耦合方程的求解，而且可用于复合围护结 构中的热湿传递分析旧。由于多孔围护结构材料的物性参数不连续并且随环境因素发生变化，因此其热湿耦合传 递过程的数学模型呈现高度非线性，求其解析解的难度大。目前主要通过数值方法对其求解， 主要方法有有限差分法、有限元法、传递函数法、控制容积法、边界元法和有效导热系数法。 数值解法的适用性强，尤其对于难以用解析法求解的问题，只要离散化分析和求解方法得当， 其解是较准确的。Hussain和Dincer用有限差分法计算了圆柱体的二维热湿传递方程，但是没有考虑热 传递和湿传递之间的相互影响。模拟法包括热质模拟和动量模拟等。当其数学模型较复杂、计算工作量特别大、无法求 出其