蒸压加气混凝土砌块墙体热湿耦合传递特性.pdf
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1、第 1 8 卷第 1 期 2 0 1 5年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI ALS VoI 1 8。 NO 1 Fe b 2 O1 5 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 8 8 0 7 蒸压加气混凝土砌块墙体热湿耦合传递特性 黄建恩 , 吕恒林 , 冯 伟 , 陈艳 霞 , 周 泰 ( 中国矿业大学 力学与建筑工程学院,江苏 徐州 2 2 1 l 1 6 ) 摘 要 : 运 用 开 尔文 定律 和克 劳修斯一 克拉 贝龙 方程 , 将 多孔 建筑材 料 内水蒸 气传 递 量 和液 态水传 递 量
2、转 变为以水 蒸 气分压 力为驱 动 势的统 一 函数 , 以 温度和 水 蒸 气分 压 力 为驱 动 势 建 立 了热 湿耦 合 传递 模 型 , 并模 拟 分析 了上 海地 区 自然 干燥 状 态 下加 气 混 凝 土砌 块墙 体 1 0 a的 热 湿性 能 变化 规 律 结果表 明: 对于初 始温度 为 2 9 8 K, 含 湿量( 质量分数 , 下 同) 分 别为 2 9 1 , 3 4 5 , 5 0 3 , 8 6 O 的 4种 工 况 , 经过 1 a的使 用后 , 墙 体 内的 温 湿度 分 布 不再 受初 始条 件 影 响 ; 在 正 常情 况 阶 段 , 墙体 内表面相对湿
3、度均小于 1 0 , 不会 出现结露现象, 但是在部分时段超过 了0 8 , 易产生霉变; 墙体 内部 含湿量呈周期性 变化 , 空调 季为 3 3 4 8 3 1 , 平均值 4 4 5 ; 采暖季为 3 3 1 3 6 9 , 平 均值 3 4 7 关 键词 :蒸压加 气混 凝 土砌 块 ; 墙 体 ;热 传递 ;湿传递 ;热湿耦 合 ;传 递特性 中图分 类号 : T U1 1 1 1 9 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 1 0 1 6 Co u pl e d He a t& M o i
4、 s t u r e Tr a n s mi s s i o n Ch a r a c t e r i s t i c s o f Au t o c l a v e d Ae r a t e d Co nc r e t e Bl o c k W a l l H U ANG Ji a n e l l , LU He n g l i n, FENG We i , CHEN Ya n x i a, ZHOU Ta i ( S c h o o l o f Me c h a n i c s& Ci v i l E n g i n e e r i n g ,Ch i n a Un i v e r s i
5、t y o f Mi n i n g& Te c h n o l o g y ,Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Us i n g Ke l v i n S e q u a t i o n a nd t he Cl a u s i u s Cl a p e y r o n e q u a t i o n,v a p o r a nd l i qu i d f l o ws t h r o u gh po r o u s bu i l d i ng ma t e r i a l s ma y be e x pr e s s e
6、d a s a u ni f i e d f u nc t i o ns u s i n g wa t e r v a p o r p a r t i a l pr e s s u r e a s d r i v i ng p o t e n t i a l s M a t h e m a t i c a l mod e l o f c o u pl e d he a t a nd mo i s t u r e t r a n s f e r f o r mul t i l a y e r wa l l wa s e s t a bl i s he d a n d v a l i d a t
7、e d u s i n g t e mpe r a t ur e a nd wa t e r v a p o r p a r t i a l pr e s s u r e a s dr i v i n g p o t e n t i a 1 The t e m p e r a t u r e a n d m o i s t ur e v a r i a t i o ns i n 1 0 y e a r s a e r a t e d c o n c r e t e ma s o n r y wa l l we r e s i m u l a t e d a c c o r d i n g t
8、o t h e t y p i c a l m e t e o r o l o g i c a l da t a o f S h a n g h a i Wi t h o r i g i n a l c o n d i t i o n t h a t t h e t e mp e r a t u r e wa s 2 9 8 K,t h e ma s s mo i s t u r e c o n t e n t s we r e 2 9 1 9 6 , 3 4 5 ,5 O 3 ,8 6 O f o r f o u r d i f f e r e n t c o n s t r u c t i
9、 o n c o n d i t i o n s r e s p e c t i v e l y ,t e mp e r a t u r e a n d mo i s t u r e di s t r i b u t i o n i n wa l l wa s i n d e p e n d e n t o f o r i g i n a l c o nd i t i o n a f t e r o ne y e a r o f us e I n p h a s e o f t h e n o r m a l us e c o n d i t i o n。t he r e l a t i v
10、e h umi d i t y i n s i de wa l l wa s 1 e s s t ha n 1 0 wi t ho u t c o n d e ns a t i o n o c c u r r i ng,bu t i n s o me t i m e p e r i o d t h e r e l a t i v e h u mi d i t y wa s h i g h e r t h a n 0 8 c a u s i n g mi l d e w g e n e r a t i o n M o i s t u r e c o n t e n t i n s i d e w
11、a l l c h a n g e d p e r i o d i c a l l y , v a r y i n g b e t we e n 3 3 4 一8 3 1 wi t h a n a v e r a g e o f 4 4 5 i n a i r c o n d i t i o n i n g s e a s o n , 3 31 一3 69 wi t h a n a v e r a ge o f 3 4 7 i n he a t i n g s e a s o n Ke y wo r d s:a u t o c l a v e d a e r a t e d c on c r
12、e t e b l oc k;wa l l ;he a t t r a ns f e r;moi s t ur e t r a n s f e r ; c o upl e d he a t a n d moi s t u r e:t r a n s mi s s i on c ha r a c t e r i s t i c s 加气 昆 凝 土具有轻质高强 、 保温隔热 、 隔声 、 防 火性能好等优点 , 采用单一墙体材料 即能满足建筑 节能标准 加气混凝土砌块的性能与其含湿量有 着密切关系 , 控制上墙时的含湿量是保证墙体质量 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 7 2 6 ;修 订
13、 日期 : 2 0 1 3 - 0 8 2 8 基金项 目: 江苏省“ 六大人才高峰” 资助项 目( 2 0 1 0 一 J Z 一 0 0 6 ) ; 江苏省优势学科建设工程资助项 目( S A1 2 0 5 ) 第一作者 : 黄建恩 ( 1 9 7 0 ) , 男 , 山东 沂水人 , 中国矿业大学副教授 , 硕士生导师 , 博士生 E ma i l : y h g r e e n 1 6 3 t o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 黄建恩 , 等 : 蒸压加气混凝 土砌块墙 体热湿耦合传递特性 8 9 的重要措施 , 而且含湿量对砌块导热系数
14、有着较大 影响 , 明确加气混凝土砌块墙体的含湿量变化规律 是正确进行热工设计的基础H , 对其进行研究具有 重 要 意义 加 气 混 凝 土 砌 块 出 釜 含 湿 量 ( 质 量 分 数 , 下 同) 大多为 3 5 4 O , 在短期 ( 1 O 3 O d ) 内下降 不 会超过 1 0 m 赵成 文等 。 对砌块 失水和 吸水 性 能 进 行 的 试 验 表 明 , 在 前 6 0 d内 , 砌 块 失 水 很 多 , 含湿量下降很 快 , 当降 到 1 5 以下 时, 砌块 失 水开始变得 非常缓 慢 ; 1 0 0 d之 后 , 砌 块含 湿量 在 5 左右波动并渐趋 稳定 蔡世
15、杰 等 g 测试 了长江 下游地 区 B 0 7级蒸 压加 气混凝 土砌 块 的含 湿量 , 发 现 露 天 堆 放 的 砌 块 受 气 候 变 化 的 影 响 较 大 , 出 釜后 的 5 d内是其失水最快 的时期 ; 棚 内堆放情况 下 , 从 出釜后经 过 3 0 d其含湿量仍 为 2 1 7 6 杨 艳娟 等 1 o 对郑州市使用了 2 7 a的加气混凝土砌块 含 湿量进行 了测试 , 得 到其平 均值为 3 余 光 巨 等n 对寒冷地区当年建成使用 的宿舍进行 了冬季 墙 体含湿量测定 , 结果为 3 1 3 3 ; 对使用多年 的建筑物屋 面板及 窗 台下 墙体 进行 了测 试 ,
16、 结果 为 3 O 4 O 朱文鹏 1 幻指 出 , 根 据工程实测 , 一 般 单一结构在 2 a 之后的含湿量为 4 6 , 潮湿 地 区使用 4 a 后其含湿量也可降至 5 7 文献 1 3 指 出, 中国南方 地 区加气 混凝 土 的平衡 含湿 量 为 8 1 O 郭兴 国 1 4 3 在 室 内温度 2 4 , 相 对湿度 7 5 的条件下 , 对 长沙地 区加气混凝 土砌 块墙体分界面上 的温度和相对 湿度进行 了数值模 拟研究 , 但是 并没 有详 细分 析 自然干燥 状态 下加 气混凝土砌块墙 体 的热湿 性 能 , 也 没有 考虑 砌块 导热系数随含湿量的变化 可见, 尽管很
17、多学者针对加气混凝土砌块的含 湿量及其墙体的热湿性能进行过相关研究 , 但是对 于 自然 干燥 状态 下砌 块 的热湿 性 能和 含湿 量变 化 规 律还缺乏进一步的认识 本文在分析墙体 内热湿传 递过程的基础上 , 建立了 以温度和水蒸气分压力为 驱动势的热湿耦合传递模 型, 模拟分析 了上海地 区 自然干燥状态下加气混凝土砌块墙体 1 0 a的热湿 性能变化规律 , 为砌块墙体的热工设计 和使用维护 提供依据和参考 1 水分传 递驱动势和水分传递量 建筑材料一般为多孔介质 , 其 内部水分传递过 程非常复杂 , 包括水蒸气扩散、 液态水扩散和蒸发冷 凝等过程 , 在非等温条件下水分传递还会
18、受到温度 梯度的影 响, 使 热湿传递相互影 响, 相互耦合 , 进一 步增加了过程 的复杂性 合适的水分传递模型需要 综合考虑水蒸气和液态水 的传递 水分传递可以采 用水蒸气分压力、 毛细压力 、 含湿量和温度等不 同的 驱动势进行描述 1 多孑 L 建筑材料 内的水 分传 递 通常采用材料含湿量和温度这 2个驱动势来综合考 虑水蒸气和液态水的传递 1 但是 由于在多层材料 的分界面上含湿量不连续 , 采用材料含湿量作为驱 动势 时需要 重 复 计 算这 些 地 方 的含 湿 量 , 从 而 给 问 题 的求解带来一定 困难 1 文献 2 o 3 指 出, 非物 理 力或在界面上不连续的量不
19、适合作为驱动势 对于 常压下的多孔建筑材料 , 总压力和重力的影响 、 温度 对水分传递的影响通常可 以忽略 2 因此 , 可 以采 用 以水蒸 气分 压力 作 为驱动 势 的菲克 定律 来描 述 水 蒸气的扩散 , 采用以毛细压力作为驱动势 的毛细流 理论来描述液态水 的传递 2 多孔建筑材料内总水分传递量 g 。 可 以用水蒸 气传递量和液态水传递量之和表示 : g 。 一 g 十 g t =一 D Vp 一 D1 Vp l ( 1 ) 运用开尔文定律和克劳修斯一 克拉贝龙方程, 根据文 献 2 1 , 式( 1 ) 可 以变形为: g 一 一( D + D l 且) V p = = 一
20、D p ( 2 ) 、 v , 式 中: g , g - 分 别 为水 蒸 气传 递 量 及 液态 水 传 递 量 , k g ( m s ) ; D , D 分 别 为 水 蒸 气 扩 散 系 数 和 液态水扩散系数 , k g ( r nP as ) ; D为综 合考 虑 水蒸气 和液 态水 扩 散 的水 分 渗透 系 数 , k g ( m P as ) ; R 为水蒸气 的气体常数, 4 6 1 J ( k g K) ; 为液态水密度 , k g m3 ; P 为水蒸气分压力, P a ; P l 为 毛 细压力 , P a ; T为 温度 , K 2 热湿耦 合传 递模型 2 1 基
21、本 物理 模型 的简 化 为便 于热湿 耦合 传递 模 型的建 立 , 作 如 下假 定 : ( 1 ) 固 、 液 、 气相 为连 续介 质 , 且 三相 处 于局部 热力 学 平衡状态 ; ( 2 ) 建筑材料各 向同性 ; ( 3 ) 建筑材料内湿 空 气压 力 为常 数 , 水 蒸气 和空 气 可以视 为理 想气 体 ; ( 4 ) 热湿耦合传递过程可简化 为沿墙体厚度方 向的 一 维过 程 , 不 考 虑 吸 附滞 后 效 应 ; ( 5 ) 材 料 使用 历 史 对热湿传递的影响及温度对材料湿度的影响可以忽 略; ( 6 ) 多层墙体层 与层紧密接触 , 无接触热阻和湿 传递阻;
22、( 7 ) 材料中的水分只有汽 、 液两相 2 2 湿传 递 方程 材料中水蒸气分压力 P 可 以看作是材料含湿 量 “ ( k g k g ) 和温度 T( K) 的函数 , 即 P 一f ( u , T ) , P 对 时 间 r 的全 微分 为 : 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 0 建筑材料学报 第 1 8卷 百O p v一 8u 丝 O r + 舞 T 筹 ( 3 ) a r a a r 。 其 中 : O pv 一 譬 , = P 。 十 而O p sT T , a “ a a T 。 r a 舞一 1 旦 ( D O p vP O x 8 x
23、) a r m 上述式中: P 。 为饱和水蒸气分压力 , P a ; 为相对湿 度 , =P p ; lD 为材料密度 , k g m。 ; 导为材料等温 吸放湿曲线的斜率 , = ; r 为时间 s 将以上各式 u 代 入式 ( 3 ) , 整 理得 : 瓦O p v 一 ( D 等) + ( P 。+8 p S T一 ( 4 ) 根据文献 2 2 , 一o , 因此式( 4 ) 可进一步简化为 : O pv 一 ( D ) + 等 c 5 式( 5 ) 即为以水蒸气分压力和温度作为驱 动势的湿 传递方程 相对于 B u d a i wi 等 在方程建立 过程 中 采用 空气 含湿量 与
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- 蒸压加气 混凝土 砌块 墙体 耦合 传递 特性
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