加气混凝土蒸汽渗透系数变物性取值方法

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1、加气混凝土蒸汽渗透系数变物性取值方法　　摘要：通过静态称重法和干湿杯法测得了加气混凝土在15、25和35℃下的等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数，讨论了蒸汽渗透系数的变物性取值方法，并与《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）中的取值进行了对比。结果表明，加气混凝土的等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数在实验温度范围内受温度影响不大。该取值方法能针对吸湿过程，在中等相对湿度（60%～80%）或者整个典型建筑环境相对湿度（40%～95%）范围内计算得到与规范规定值基本相同的平均蒸汽渗透系数。此外，该方法能推广到各种多孔材料，针对吸湿或放湿过程，在各相对湿度范围内得到准确的蒸汽渗透系数。关键

2、词：加气混凝土，渗透系数，等温吸放湿曲线，变物性理解和控制建筑围护结构中的湿分传递与储存过程可以帮助人们延长建筑构件的使用寿命[12]，减少暖通空调系统的能耗[34]，缓和室内温湿度的波动[5]，并提高室内空气品质[67]。分析建筑围护结构中湿分传递的方法有很多种。长期以来，Glaser提出的稳态蒸汽渗透模型被广泛用于工程实践，甚至成为国际标准（ENISO13788[8]）。中国的《民用建筑热工设计规范》（GB650176—93）[9]也采用该计算方法。该模型其实源于菲克定律，其表达式为：式中：qv为蒸汽传递速率，单位为kg/（m2·s），工程常用单位为g/（m2·h）；μ为蒸汽渗

3、透系数，单位为kg/（m·s·Pa），工程常用单位为g/（m·h·Pa）；Pv/x为蒸汽传递方向上的蒸汽压力梯度，Pa/m。冯驰，等：加气混凝土蒸汽渗透系数的变物性取值方法Glaser模型虽然简单易用，但在很多计算中表现出的精度较差。这主要是由两方面原因引起的：一方面，Glaser模型是纯蒸汽渗透的一维稳态模型，而在实际过程中，湿分的传递常常是非一维、非稳态、液态和气态湿分同时传递的。因此，近年同时考虑围护结构中热量、空气和湿分传递的多维多相瞬态模型得到了大量关注[1013]。另一方面，Glaser模型中涉及的关键物性参数——蒸汽渗透系数μ是温度与材料含湿量的函数。而在中国规范中，

4、这一物性参数却被取为定值[9]，因而大大影响了计算结果的准确性。如果能更准确的对蒸汽渗透系数取值，那么计算的精度必然得到提高。笔者以加气混凝土为例，通过实验测得了其等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数，讨论了蒸汽渗透系数的变物性取值方法，并与现有规范中的取值进行了对比。1实验方法所用加气混凝土的密度符合B07标准，强度等级为A5.0。进行实验前，加气混凝土砌块已在自然状态下放置16a以上。等温吸放湿曲线和蒸汽渗透系数的测试都在华南理工大学建筑节能研究中心的人工气候室内完成。2个性质的测试都分别在15、25和35℃下进行，温度控制精度为±0.2℃。1.1等温吸放湿曲线的测定等温吸放湿曲线的测

5、定采用静态称重法，主要参照国际标准ISO12571[14]进行（图1）：将加气混凝土砌块切割成4cm×4cm×2cm的试件，烘干至恒重后放入内部空气相对湿度不同的干燥器内吸湿，每隔一段时间取出各试件分别称重。待吸湿达到平衡后，将在较高相对湿度下吸湿平衡的试件取出，放入较低相对湿度的干燥器内进行放湿直至平衡。干燥器内部空气的相对湿度用8种饱和盐溶液（LiCl、MgCl2、K2CO3、NaBr、NaCl、KCl、KNO3和K2SO4）控制。称重所用的分析天平精度达万分之一克。在连续3次称重（间隔24h以上）结果变化不超过0.1%的情况下认为已达到平衡，取3次称重结果的平均值作为最终结果

6、。计算每个试件的平衡含湿量，然后计算同一工况下4个试件的平均值。1.2蒸汽渗透系数的测定蒸汽渗透系数的测定采用干湿杯法，主要参照国际标准ISO12572[15]进行（图2）：将加气混凝土砌块切割成直径12cm、厚3cm的圆饼状试件，用精度为0.016mm的游标卡尺测量每个试件的尺寸。将试件在一定温度和相对湿度下预处理后，封装在透明玻璃容器的口部。用石蜡和凡士林的混合物密封。容器内装有约200mL饱和盐溶液及一定量的未溶解的盐，液面上方和试件下表面之间有约2～3cm厚的空气层。封装了试件的玻璃容器放入乘有饱和盐溶液或干燥剂的干燥器内。干燥器内部装有小风扇，在测试期间一直保持运行，以保

7、证干燥器内部空气的运动。试件两侧的相对湿度对共有3组，大约为0～40%，40%～80%和80%～95%，具体数值因测试温度的不同而略有变化。用气压计记录整个实验过程中人工气候室内的气压，精确到10Pa。每个工况下均用3～6个试件进行平行测试。每隔3～4d对试件及其密封的玻璃容器进行一次称重，并用直尺测量空气层厚度。天平精度为0.01g，直尺精度为1mm。在重量变化速率稳定后，连续称量7次。计算试件的蒸汽渗透系数时，空气层厚度、气压等因素均已修正。整个称重过程结束后，从