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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(shù)。為了研究夏熱冬冷地區(qū)用于墻體內(nèi)保溫的離心玻璃棉熱濕傳遞特性，設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)離心玻璃棉濕傳遞過(guò)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(shù)。為了研究夏熱冬冷地區(qū)用于墻體內(nèi)保溫的離心玻璃棉熱濕傳遞特性，設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)離心玻璃棉濕傳遞過(guò)程的影響，并驗(yàn)證了一維穩(wěn)態(tài)傳熱傳質(zhì)模型對(duì)離心玻璃棉保溫材料的適用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，離心玻璃棉內(nèi)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(shù)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(nèi)，溫度對(duì)離心玻璃棉的濕傳遞過(guò)程幾乎沒有影響。
關(guān)鍵詞：離心玻璃棉;熱濕傳遞;PID控制;水蒸氣滲透系數(shù);濕流密度
0引言
離心玻璃棉作為一種高效的無(wú)機(jī)保溫材料，與有機(jī)保溫材料相比，具有A級(jí)防火性能、容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長(zhǎng)以及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并在建筑等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(guān)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)等熱工性能還取決于材料內(nèi)部的含濕狀態(tài)和吸濕性能。
目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)離心玻璃棉材料特性的研究還較少，文獻(xiàn)…對(duì)超細(xì)玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行研究，表明在特定使用溫度下，導(dǎo)熱系數(shù)隨密度的變化關(guān)系呈二次曲線形式，存在著最佳使用密度，即最小導(dǎo)熱系數(shù);文獻(xiàn)說(shuō)明玻璃棉有良好的吸聲性能;文獻(xiàn)從數(shù)據(jù)分析的角度討論了常見玻璃棉制品的主要物性參數(shù)間關(guān)系;文獻(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(zhì)遷移勢(shì)之間的近似關(guān)系式;文獻(xiàn)5對(duì)離心玻璃棉的等溫吸濕曲線及水蒸氣滲透系數(shù)進(jìn)行了研究，給出了離心保溫棉平衡含濕量隨相對(duì)濕度變化的擬合公式。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)離心玻璃棉濕傳遞過(guò)程的影響，為研究離心玻璃棉在夏熱冬冷地區(qū)外墻內(nèi)保溫具體應(yīng)用提供一定理論基礎(chǔ)。
1實(shí)驗(yàn)原理
在實(shí)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(rèn)為其濕傳遞過(guò)程為一維的。
離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數(shù)可以通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)材料水蒸氣滲透系數(shù)的測(cè)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(jìn)行封裝，對(duì)試樣兩側(cè)的環(huán)境溫濕度進(jìn)行控制，并進(jìn)行定期稱重和記錄，從而得到水蒸氣透過(guò)試樣的速度，通過(guò)計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)狀況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數(shù)值。
2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)采用水法測(cè)試離心玻璃棉的濕蒸汽滲透系數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M夏熱冬冷地區(qū)離心玻璃棉作為外墻內(nèi)保溫材料的應(yīng)用條件，設(shè)置了離心玻璃棉試樣熱濕傳遞的小模型實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定均以此為基礎(chǔ)。
該裝置制作了一個(gè)帶邊沿的有機(jī)玻璃箱體，將離心玻璃棉試樣進(jìn)行封裝。箱體內(nèi)部通過(guò)鹽溶液控制相對(duì)濕度，采用PID控制裝置通過(guò)控制防水加熱線的加熱量來(lái)控制箱體內(nèi)的溫度值，整個(gè)裝置被置于恒溫箱內(nèi)。另外設(shè)置PID控制裝置，通過(guò)控制蒸汽加濕的加濕量對(duì)恒溫箱內(nèi)的相對(duì)濕度進(jìn)行控制，從而可得到試樣兩側(cè)不同的水蒸氣分壓力差值。實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)模擬室內(nèi)環(huán)境，用恒溫恒濕箱模擬室外環(huán)境，實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如圖1所示。
離心玻璃棉試樣兩側(cè)都布置了溫濕度測(cè)點(diǎn)，為避免離心玻璃棉材料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，實(shí)驗(yàn)采用2塊相同厚度的離心玻璃棉進(jìn)行疊加，將溫濕度測(cè)點(diǎn)置于2層材料中間。溫濕度測(cè)點(diǎn)測(cè)試的溫濕度值通過(guò)通訊線與電腦相連，并編寫LabVIEW程序進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄，實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)元件如表1所示。
實(shí)驗(yàn)箱體采用有機(jī)玻璃板進(jìn)行制作，并南廠家進(jìn)行密封性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)箱體放到恒溫箱內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，箱體內(nèi)由配置的鹽溶液控制相對(duì)濕度，防水加熱線控制溫度。環(huán)境溫度由恒溫箱控制，相對(duì)濕度則由蒸汽加濕裝置進(jìn)行控制。
實(shí)驗(yàn)組合裝置如圖3所示。溫濕度傳感器及電子天平都通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線連接到電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。實(shí)驗(yàn)箱體所連接的數(shù)據(jù)線需要進(jìn)行固定處理，以防止數(shù)據(jù)線的移動(dòng)影響電子天平的稱量值。
通過(guò)對(duì)箱體內(nèi)含濕量隨時(shí)間的變化及材料各處溫濕度值結(jié)果進(jìn)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(wěn)態(tài)狀況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數(shù)值，分析溫度對(duì)材料濕傳遞的影響大小。
3實(shí)驗(yàn)過(guò)程
3.1實(shí)驗(yàn)工況的確定
夏熱冬冷地區(qū)冬季住宅的室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)值為18～22℃.實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)的溫度設(shè)定為2O℃，即離心玻璃棉室內(nèi)側(cè)的溫度值取為20℃，冷側(cè)溫度則在5～20之問(wèn)取值。冬季室內(nèi)的相對(duì)濕度沒計(jì)值為40%～60%，考慮到電子天平的稱量精度，為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，以及減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，需要增大離心玻璃棉兩側(cè)的水蒸汽分壓力差值，本實(shí)驗(yàn)箱體內(nèi)的相對(duì)濕度取定為84%，恒溫箱內(nèi)的相對(duì)濕度值則根據(jù)需要及實(shí)驗(yàn)裝置的控制能力在20%～90%之間變化取值。
3.2實(shí)驗(yàn)步驟
(1)調(diào)配好相對(duì)濕度為84%的鹽溶液，液面蓋過(guò)防水加熱線，并控制溶液質(zhì)量.使裝置總重量在天平測(cè)量量程以內(nèi)。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(jī)玻璃箱體邊沿上，川塑料薄膜進(jìn)行包裹，使離心玻璃棉裸露在環(huán)境側(cè)的面積和箱體開口面積保持一致，多余面積用薄膜進(jìn)行密封。
(2)將電子天平置于恒溫箱內(nèi).并對(duì)天平進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)零，把封裝好的實(shí)驗(yàn)箱體置于天平上，并加上防風(fēng)罩和蓋板。將溫濕度傳感器數(shù)據(jù)線與電腦連接并通訊，通過(guò)采集程序?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shè)定所需控制的溫度和相對(duì)濕度值。對(duì)溫濕度PID控制裝置~JPID參數(shù)進(jìn)行整定，控制溫濕度值在實(shí)驗(yàn)所需精度范圍內(nèi)變化，開始實(shí)驗(yàn)并實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定期對(duì)蒸汽加濕裝置進(jìn)行加水，防止電加熱管干燒。
(4)更換不同的工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
4離心玻璃棉熱濕傳遞特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
4.1不同水蒸氣分壓力差下涅傳遞特性由于實(shí)驗(yàn)裝置條件的限制，溫濕度控制范圍有限，本實(shí)驗(yàn)總共測(cè)試了6組工況，恒溫箱內(nèi)的溫濕度值及箱體內(nèi)環(huán)境的溫濕度值如表2所示。
(1)整理實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，離心玻璃棉內(nèi)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(guān)系。
(2)通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)工況下離心玻璃棉的水蒸氣滲透系數(shù)，可得到水蒸氣滲透系數(shù)與水蒸氣分壓力差的關(guān)系，如圖5所示。從圖中可以看出，在測(cè)試工況范圍內(nèi)，離心玻璃棉保溫材料的水蒸氣滲透系數(shù)值受水蒸氣分壓力差的影響較小，6個(gè)工況下水蒸氣滲透系數(shù)的平均值為1.98×107g/(m·s·Pa)。
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