發布時間：2020-03-03所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：離心玻璃棉具有良好的保溫隔熱性能，被廣泛用于建筑保溫技術。為了研究夏熱冬冷地區用于墻體內保溫的離心玻璃棉熱濕傳遞特性，設計了一套實驗裝置，通過實驗測試了特定溫濕度條件下離心玻璃棉的水蒸氣滲透性能，研究了溫度對離心玻璃棉濕傳遞過程的影
摘要：離心玻璃棉具有良好的保溫隔熱性能，被廣泛用于建筑保溫技術。為了研究夏熱冬冷地區用于墻體內保溫的離心玻璃棉熱濕傳遞特性，設計了一套實驗裝置，通過實驗測試了特定溫濕度條件下離心玻璃棉的水蒸氣滲透性能，研究了溫度對離心玻璃棉濕傳遞過程的影響，并驗證了一維穩態傳熱傳質模型對離心玻璃棉保溫材料的適用性。實驗結果表明，離心玻璃棉內部所傳遞的濕流密度隨著水蒸氣分壓力差的增加而增大;其水蒸氣滲透系數值受水蒸氣分壓力差的影響較小;而且在特定的溫濕度范圍內，溫度對離心玻璃棉的濕傳遞過程幾乎沒有影響。
關鍵詞：離心玻璃棉;熱濕傳遞;PID控制;水蒸氣滲透系數;濕流密度
0引言
離心玻璃棉作為一種高效的無機保溫材料，與有機保溫材料相比，具有A級防火性能、容重輕、導熱系數低、化學性能穩定、使用周期長以及環保等優點，并在建筑等領域得到了廣泛的應用。離心玻璃棉的保溫性能與纖維的直徑、材料的密度以及厚度有關，材料的導熱系數等熱工性能還取決于材料內部的含濕狀態和吸濕性能。
目前，國內外學者對離心玻璃棉材料特性的研究還較少，文獻…對超細玻璃棉的導熱系數進行研究，表明在特定使用溫度下，導熱系數隨密度的變化關系呈二次曲線形式，存在著最佳使用密度，即最小導熱系數;文獻說明玻璃棉有良好的吸聲性能;文獻從數據分析的角度討論了常見玻璃棉制品的主要物性參數間關系;文獻通過實驗研究了玻璃棉的吸濕特性，推算出了玻璃棉的平衡含濕量與其質遷移勢之間的近似關系式;文獻5對離心玻璃棉的等溫吸濕曲線及水蒸氣滲透系數進行了研究，給出了離心保溫棉平衡含濕量隨相對濕度變化的擬合公式。在此基礎上，本文通過實驗測試了特定溫濕度條件下離心玻璃棉的水蒸氣滲透性能和溫度對離心玻璃棉濕傳遞過程的影響，為研究離心玻璃棉在夏熱冬冷地區外墻內保溫具體應用提供一定理論基礎。
1實驗原理
在實際建筑物中使用的離心玻璃棉高度、寬度與其厚度相比要大得多，可以認為其濕傳遞過程為一維的。
離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數可以通過設置實驗進行測試。根據標準測材料水蒸氣滲透系數的測試方法主要有水法和干燥劑法2種。2種方法都是將離心玻璃棉試樣進行封裝，對試樣兩側的環境溫濕度進行控制，并進行定期稱重和記錄，從而得到水蒸氣透過試樣的速度，通過計算得到穩態狀況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數值。
2實驗設計
本實驗采用水法測試離心玻璃棉的濕蒸汽滲透系數。實驗模擬夏熱冬冷地區離心玻璃棉作為外墻內保溫材料的應用條件，設置了離心玻璃棉試樣熱濕傳遞的小模型實驗裝置，實驗參數設定均以此為基礎。
該裝置制作了一個帶邊沿的有機玻璃箱體，將離心玻璃棉試樣進行封裝。箱體內部通過鹽溶液控制相對濕度，采用PID控制裝置通過控制防水加熱線的加熱量來控制箱體內的溫度值，整個裝置被置于恒溫箱內。另外設置PID控制裝置，通過控制蒸汽加濕的加濕量對恒溫箱內的相對濕度進行控制，從而可得到試樣兩側不同的水蒸氣分壓力差值。實驗箱體內模擬室內環境，用恒溫恒濕箱模擬室外環境，實驗裝置原理圖如圖1所示。
離心玻璃棉試樣兩側都布置了溫濕度測點，為避免離心玻璃棉材料的結構遭到破壞，實驗采用2塊相同厚度的離心玻璃棉進行疊加，將溫濕度測點置于2層材料中間。溫濕度測點測試的溫濕度值通過通訊線與電腦相連，并編寫LabVIEW程序進行實時采集和記錄，實驗裝置構造及實驗元件如表1所示。
實驗箱體采用有機玻璃板進行制作，并南廠家進行密封性測試實驗，如圖2所示。實驗箱體放到恒溫箱內進行實驗，箱體內由配置的鹽溶液控制相對濕度，防水加熱線控制溫度。環境溫度由恒溫箱控制，相對濕度則由蒸汽加濕裝置進行控制。
實驗組合裝置如圖3所示。溫濕度傳感器及電子天平都通過數據通訊線連接到電腦進行實時采集。實驗箱體所連接的數據線需要進行固定處理，以防止數據線的移動影響電子天平的稱量值。
通過對箱體內含濕量隨時間的變化及材料各處溫濕度值結果進行分析，可得到不同水蒸氣分壓力下離心玻璃棉材料的熱濕傳遞特性，汁算穩態狀況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數值，分析溫度對材料濕傳遞的影響大小。
3實驗過程
3.1實驗工況的確定
夏熱冬冷地區冬季住宅的室內溫度設計值為18～22℃.實驗箱體內的溫度設定為2O℃，即離心玻璃棉室內側的溫度值取為20℃，冷側溫度則在5～20之問取值。冬季室內的相對濕度沒計值為40%～60%，考慮到電子天平的稱量精度，為使實驗現象更加明顯，以及減少實驗時間，需要增大離心玻璃棉兩側的水蒸汽分壓力差值，本實驗箱體內的相對濕度取定為84%，恒溫箱內的相對濕度值則根據需要及實驗裝置的控制能力在20%～90%之間變化取值。
3.2實驗步驟
(1)調配好相對濕度為84%的鹽溶液，液面蓋過防水加熱線，并控制溶液質量.使裝置總重量在天平測量量程以內。將兩塊面積為200mmX200mm，厚度25mm，密度為24kg/m的離心玻璃棉板封裝在有機玻璃箱體邊沿上，川塑料薄膜進行包裹，使離心玻璃棉裸露在環境側的面積和箱體開口面積保持一致，多余面積用薄膜進行密封。
(2)將電子天平置于恒溫箱內.并對天平進行校準和調零，把封裝好的實驗箱體置于天平上，并加上防風罩和蓋板。將溫濕度傳感器數據線與電腦連接并通訊，通過采集程序對實驗數據進行實時采集，PT100熱電阻和E+E溫濕度傳感器分別接到電加熱PID控制裝置及蒸汽加濕PID控制裝置。
(3)開啟恒溫箱、電JⅡ熱裝置及蒸汽加濕裝置.并設定所需控制的溫度和相對濕度值。對溫濕度PID控制裝置~JPID參數進行整定，控制溫濕度值在實驗所需精度范圍內變化，開始實驗并實時采集實驗數據，定期對蒸汽加濕裝置進行加水，防止電加熱管干燒。
(4)更換不同的工況進行實驗，并整理實驗數據及對實驗數據進行分析。
4離心玻璃棉熱濕傳遞特性實驗結果與分析
4.1不同水蒸氣分壓力差下涅傳遞特性由于實驗裝置條件的限制，溫濕度控制范圍有限，本實驗總共測試了6組工況，恒溫箱內的溫濕度值及箱體內環境的溫濕度值如表2所示。
(1)整理實驗測試數據可得到離心玻璃棉在不同水蒸氣分壓力差下的濕流密度，如圖4所示。從實驗結果可知，離心玻璃棉內部所傳遞的濕流密度隨著水蒸氣分壓力差的增加而增大，且與水蒸氣分壓力差幾乎呈線性關系。
(2)通過計算對應工況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數，可得到水蒸氣滲透系數與水蒸氣分壓力差的關系，如圖5所示。從圖中可以看出，在測試工況范圍內，離心玻璃棉保溫材料的水蒸氣滲透系數值受水蒸氣分壓力差的影響較小，6個工況下水蒸氣滲透系數的平均值為1.98×107g/(m·s·Pa)。
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