调湿板应用研究论文

导语：调湿板应用研究论文一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要调湿板是一种在水泥砂浆中掺混了调湿材料的建筑板材，由于调湿材料能自动吸放水蒸气，因此，调湿板具有调节室内湿度的作用。本文调湿板中的调湿材料是高分子树脂吸收了盐溶液后形成的凝胶。文章对该类型调湿板在北京地区的应用效果进行了数值模拟，计算结果表明在北京的气候条件下，调湿板对办公型建筑的室内湿度调节有明显作用。

关键词调湿；凝胶；数值计算

AbstractHygroscopicboardismadeofamixtureofcementmortarandhygroscopicmaterial.Itcanadjusttheindoorhumidityforthehygroscopicmaterialcanabsorbandevaporatethewatervaporautomaticaly.Thehygroscopicmaterialmentionedinthispaperisasuperabsorbentpolymergelwhichabsorbsaqueoussolutiorofcalciumchloride.ThenumericalcomputationofindoorhumidityofanofficeroominBeijingwascarried.Theresultsshowthatthehygrocsopicboardcanadjusttheindoorhumidityprominently.

Keywordshygroscopic;gel;numericalcomputation

传统的空调除湿方式低温冷凝除湿须制备低温冷冻水，能耗较大。调湿板是利用调湿材料对水蒸气的自动吸放作用调节室内湿度，调湿过程无能耗。日本已开发出多种调湿板产品，并应用于博物馆、美术馆等建筑中，所使用的调湿材料主要是沸石。以高分子凝胶为调湿材料的调湿板产品尚未报道。

1调湿材料Gel的特性

Gel是由高分子树脂吸收了盐溶液后形成的凝胶，其调湿原理是利用凝胶中的盐溶液对水蒸气的吸收与释放作用。常用的盐溶液为Cacl2。图1[1]是几种常用调湿材料的在不同相对湿度下的平衡含水率曲线，实验环境温度为25℃。可以看出同样的相对湿度变化范围，Gel的含水率变化要远大于沸石及硅胶，是一种较理想的调湿材料。

图1不同材料的平衡含水率曲线

Fig.1Theequilibriummoisturecontainofdifferentmaterials

2数值计算

金招芬等人曾用CaCl2凝胶掺混到水泥、珍珠岩等材料中，制成板状作耐火材料，并测定了其水蒸气扩散系数Deff[2]。图2[3]是该耐火材料在不同相对湿度下的平衡含水率曲线，实验环境湿度为25℃。从图2可以拟合出相对湿度ψ与板材含水量水率C的关系式：

C=1.4474Φ-0.0166（1）

图2调湿板平衡含水率曲线

Fig.2Theequilibriummositurecontainofthehygroscopicboard

由于一定浓度的盐溶液，在不同温度下均对应相同的相对湿度，因此当假设调湿板中的盐溶液仍保持该特性时（1）式适用于其它温度范围。在温度t=0～40℃，相对湿度ψ=30%～85%范围内，相对湿度ψ与绝对含湿量X的关系为

Φ=230Xe0.062t;[4](2)

联立（1）、（2）便可得出绝对含湿量X与含水率C的关系式：

X=2.8908×10-3e0.062tC+4.7987×10-5e0.062t(3)

3数学模型

图3是一维板壁质扩散示意图，x=0处与房间空气接触的表面，x=x0处是绝湿表面。

基本方程：板壁一维非稳态质扩散方程：

（4）

图3一维板壁质扩散示意图

Fig.3Theschematicdiagramotheproblem

房间湿平衡方程：

（5）

边界条件

（6）

其中对流传质系数hin由（7）式算出

（7）

初始条件：

τ=0，0≤x≤x0,C=C0

τ=0,Xr=Xr0(8)

4计算条件

地点：北京；时间：代表年，气象数据由供热空调能耗分析用逐时气象数据生成系统Medpha得到；其它计算条件如表1所示。

表1计算条件

Table1Parametersforcomputation

房间基本情况房间体积

5×5×3m3门

2×1m2窗

2×2m2调湿板面积

6.2m2

室内温度设置4、5月

24℃6、7、8月

28℃9、10月

24℃11、12、1、2、3月

20℃

室内产湿（人员产湿）人数3产湿时间

8：00～18：00（周一～五）产湿量（极轻劳动）

20℃：69g/h,24℃:96g/h,28℃:123g/h[4]

新风量8：00～18：00（周一～五）30m3/h.人其它时间0

调湿板相关参数板厚x020mmDeff3.17×10-10m2/s[2]hin0.001278m/s

*调湿板面积为除去门窗、地板以外的内壁面积的80%。

**该值是利用流体掠过平壁的对流传质公式（7），并设风速u=0.3m/s,定性尺寸1=2.5,在常温时查得空气物性参数算

得。

联立方程（4）、（5），利用隐式有限差分法求解，可得全年各时刻壁体各部位的含水率及房间绝对含湿量；再根据相对湿度与绝对含湿量的关系式（2），可得各时刻室内相对湿度。

5计算结果

表2给出了有无调湿板两种情况下的室内相对湿度全年最大、最小值及人体舒适区（RH=30%～70%[6]出现的时间占整个工作时间（周一～五8：00～18：00）的百分比。图4给出了室内每天工作时间段内的平均相对湿度全年变化。

表2计算结果

Table2Resultsofthecomputation全年最大值全年最小值RH=30%～70%的百分比

有调湿板ψ=78.5%ψ=32.2%95.7%

无调湿板ψ=100%ψ=13.4%47.9%[1]

图4室内相对湿度全年变化（日平均）

Fig.4Theindoorrelativehumiditychangeofoneyear(dailyaverage)

从表2及图4可以看出：

1)使用调湿板后室内相对湿度在32%到78%之间波动，无调湿板时室内相对湿度在13%到100%之间波动，调湿板能减小室内相对湿度的日波动及年波动；

2)有调湿板时，95%以上工作时间段内的室内相对湿度在人体舒适区内，远远超过没有调湿板的47.9%。

6结论

对于北京地区的办公型建筑，若在室内四周墙壁及天花板使用20mm厚的调湿板，在没有其它调湿手段的情况下，室内相对湿度绝大部分时间在舒适区内，冬季加湿效果尤其显著，夏季室内相对湿度绝大部分时间在70%以下。由此可见在北京地区的气候条件下，调湿板的应用可完全或部分取代空调加、除湿系统。

变量说明:

ρdry-调湿板中干材料的密度（kgdrysolid/m3）;

Deff-水蒸气在空气中的扩散系数（m2/s）

Dair-水蒸气在空气中的扩散系数（m2/s）

C-板壁含水率（kg/kgdrysolid）

X0-室外空气绝对含湿量（kg/kgdryair）

Xr-室内空气绝对含湿量（kg/kgdryair）

hin-对流传质系数（m/s）

ρair-空气密度（kg/m3）

调湿板定性尺寸（m）

υ-运动粘度（m2/s）

q-产湿量（kg/s）

u-风速（m/s）Ue-换气量（m2/s）

Ur-房间体积（m3）τ-时间（s）

X-位置（m）x0-板厚（mm）

Sc-施密特数t-温度（℃）

ψ-相对湿度S-调湿板面积（m2）

参考文献：

1)Zhao-FenJin,etal.ThermalandWaterstorageCharacteristicsofSuper-AbsorbentPolymerGelwhichAbsorbedAqueousSolutionofCalciumChloride[J].ThermophysicsandHeatTransferConference,ASME1998,Volume4,3-10.

2)YASAKO,KMAEDA,AJINandYYAMAGE-CHI,EffectiveMoistureDiffusivityofSuperAbsorbentPolymerGelandPearlite-MortarwithGel,Asia-Oce-aniaAssociationforScienceandTechnology,Singapore,1998,359-370.

3)Zhao-fenJIN,YutakaASKAO,etal.Fireresistancetestforprotectionmaterialswithhighwatercontent.InternationalJournalofHeatandMassTransfer43,2000.

4)荒井良延，等.吸放湿材の评价と利用，日本建筑学会环境工学委员会热环境小委会第26回会议文集.1996.73-80.

5)赵荣义，范存养，薛殿华，钱以明，空气调节[M]。北京：中国建筑工业出版社，1994

6)麦金太尔著：龙惟定等译.室内气候[M].上海：上海科学技术出版社，1988.