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1、不同室外温度下围护结构内部冷凝区域确定李魁山1ab 张旭2b（a华东建筑设计研究院有限公司 上海 200002）（b同济大学 暖通空调及燃气研究所 上海 200092）摘 要 建立多层墙体一维热湿耦合传递模型，分析确定了保温材料和墙体相连接触发生内部冷凝的条件，并给出冷凝区域随室外温度变化的公式，公式可用于确定发生内部冷凝的范围。关键词 建筑节能；围护结构，内部冷凝Formula Amendment of Wall Surface Temperature of Thermal Bridge under Outdoor Extreme ConditionsLI, Kui-Shanab Zhang
2、, Xub(aInstitution of Heating, Ventilation and Air Conditioning, Tongji University, Shanghai 200092,China)(bEast China Architecture Design & Research Institute COLTD, Shanghai 200002, China)Abstract: On the precondition of necessary hypothesis, the coupled heat and moisture model was established for
3、 the porous media materials founded by the theory of evaporation and condensation. The condition of internal condensation was determinate between different materials joint, and then the formula between the condensation area and exterior temperature was also given, which can be used to define the ran
4、ge of internal condensation.Keywords: Energy efficiency; Building envelop; internal condensation1 引言上海地区属夏热冬冷地区，该地区气候特点是最热月平均气温2730，最高气温达40以上,空气相对湿度较大，月平均相对湿度在70%80%，甚至更高；而冬季室外气温较低，最冷月日平均温度4；在冬季供暖室外温度低和相对湿度大时以及夏季空调长期运行蓄冷后的间歇时段，围护结构内表面容易出现结露，发霉等现象，导致室内空气环境恶化，保温材料两侧水蒸汽冷凝还会形成围护结构内部结露。因此本文主要通过建立多层围护结构一维
5、热湿耦合传递模型，确定不同温度下发生内部冷凝的范围，为设计提供参考依据。2 数学模型近年来，不少学者基于不同理论提出了多层墙体热湿耦合传递数学模型，并对验证进行实验模型，如2002年Becker R，2005、2006年Stephen. O基于蒸发冷凝理论，设计实验，测试了纤维保温材料的物性参数，以及固体内温度和相对湿度分布，验证了数学模型1,2,3,4；2008年Qin menghao根据Luikov理论，在控制固体两侧环境的参数的情况下，同时在固体内部布置温度和相对湿度测点，对模型的数值计算结果同实验结果进行了验证5,6,7。2.1 模型假设根据Simonson C. J1、Stephen
6、. O2,3,4、Henry7等提出的蒸发冷凝理论，以温度和水蒸汽密度为推动势，建立多层墙体内热湿耦合传递模型，该模型中所包含的物性参数可以通过实验获得，假设如下。1. 多孔材料为连续、均质、各向物性同性。2. 认为墙体两侧无总压差，因此忽略了墙体内部空气流动的影响。3. 墙体内部热源只有相变热，蒸发吸收热和冷凝放热相等，并且忽略由于冷凝液体引起体积变化。4. 假设材料物性参数在所研究的温度范围内为常数。5. 固体和流体处于热湿平衡状态。6. 墙体内部Fick扩散占主导地位，Knudsen扩散忽略。保温材料粘土砖室内to, o室外to, o温度水蒸汽液体水对于少量液体水的积累，液体水在固体内部
7、处于不连续的悬浮状态，在悬浮状态液体水没有宏观流动1，因此忽略了液体水流动，认为在固体内部只有水蒸汽扩散1,2,3.4，图1为一维热湿传递简图。图1 墙体内一维热湿传递简图123式中，u=f()，由实验确定。为蒸汽相变率。水蒸汽满足理想气体状态方程。4为固体材料密度，kgm-3，Cp为材料比热，Jkg-1K-1。V为水蒸气密度，kgm-3。为固体材料空隙率。h为汽化潜热，J/kg。u为含湿量，kg/kg。m为蒸汽相变率，kgm-3K-1。Dv为水蒸气渗透系数m2s-1。水蒸汽饱和蒸汽压力根据公式5计算8。52.2 边界条件边界条件根据室外不同温度给定第三类边界条件。具体见方程69。6789式中
8、：ht和ht分别为室内、外表面的对流换热系数，Wm-2K-1。hm和hm分别为室内、外表面的质交换系数，kgm-2s-1。具体求解过程和模型验证参考文献9。2.3 固体孔隙内部水蒸汽压力比定义为了与空气的相对湿度区分，首先定义固体孔隙内水蒸汽分压力与该温度下所对应的饱和压力的比值（以下简称压力比），范围为01，具体见公式10。当1时，水蒸汽分压力大于该温度下饱和分压力，即出现冷凝；当1时水蒸汽没有达到饱和，不会出现冷凝。103 结论图2为不同室外计算温度下，外保温方式的冷凝区域。从图中可以看出，随着室外温度的提高，冷凝范围逐渐减小，当室外温度达到8时，内部冷凝消失，具体的冷凝范围见表1。图2
9、不同室外计算温度下的冷凝区域表1 不同冷凝温度的冷凝区域 室外计算温度/-6-4-202468冷凝范围(d)/m0.2580.2300.200.1650.1300.0950.0450距外墙内表面距离(L)/m0.030.030.0350.0350.040.040.0450根据不同室外计算温度及对应的冷凝范围拟合公式如下。温度适用范围为-68,通过该公式,在室内设计参数条件下,当室外温度已知时,可以通过公式11计算围护结构内部冷凝范围，从而为预防发生内部冷凝提供设计依据。11参考文献1. Simonson C. J., et al. Simultaneous heat and moisture
10、transfer in fiberglass insulation with transient boundary conditions, AHSRAE Transactions, 1999 Vol. 10: 3153272. Stephen O. Olutimayin, Simonson C. J., Measuring and modeling vapor boundary layer growth during transient diffusion heat and moisture transfer in cellulose insulation, International Jou
11、rnal of Heat and Mass Transfer, 2005, Vol. 48: 331933303. Prabal Talukdar, Stephen O. Olutmayin, et al. An experimental data set for benchmarking 1-D, transient heat and moisture transfer models of hygroscopic building materials, Part: Experiment facility and materials property data, International J
12、ournal of Heat and Mass Transfer, 2007, Vol. 50: 452745394. Qin Menghao, Rafik Belarbi, et al. An analytical method to calculate the coupled heat and moisture transfer in building materials, International Communications in Heat and Mass Transfer, 2006, Vol. 33(1): 39485. Rafik Belarbi, Qin Menghao.
13、Experimental and theoretical investigation of non-isothermal transfer in hygroscopic building materials, Building and Environment, 2008, 43(12): 215421626. Qin Menghao, Rafik Belarbi, et al. Coupled heat and moisture transfer in multi-layer building materials, Construction and Building Materials, 20
14、09, Vol. 23(2): 9679757. Henry P. S. H., Diffusion in absorbing media. Proceedings of the royal society of London, 1939, Vol.171, series A: 2152418. Fang X., et al. Methodologies for shortening test period of coupled heat-moisture transfer in building envelops. Applied thermal engineering,2009, Vol 29(4):7877929. 李魁山，张旭，等.周期性边界条件作用下墙体内热湿迁移,同济大学学报,2009, Vol. 38(5): 814818李魁山，男，1979年4月，博士，地址：上海市黄浦区江西中路246号1102室，200002， 13918532635，传真：021-63211240，E-mail: kuishan_5
