离心玻璃棉热湿传递特性实验研究

发布时间：2020-03-03所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘要：离心玻璃棉具有良好的保温隔热性能，被广泛用于建筑保温技术。为了研究夏热冬冷地区用于墙体内保温的离心玻璃棉热湿传递特性，设计了一套实验装置，通过实验测试了特定温湿度条件下离心玻璃棉的水蒸气渗透性能，研究了温度对离心玻璃棉湿传递过程的影

　　摘要：离心玻璃棉具有良好的保温隔热性能，被广泛用于建筑保温技术。为了研究夏热冬冷地区用于墙体内保温的离心玻璃棉热湿传递特性，设计了一套实验装置，通过实验测试了特定温湿度条件下离心玻璃棉的水蒸气渗透性能，研究了温度对离心玻璃棉湿传递过程的影响，并验证了一维稳态传热传质模型对离心玻璃棉保温材料的适用性。实验结果表明，离心玻璃棉内部所传递的湿流密度随着水蒸气分压力差的增加而增大;其水蒸气渗透系数值受水蒸气分压力差的影响较小;而且在特定的温湿度范围内，温度对离心玻璃棉的湿传递过程几乎没有影响。

　　关键词：离心玻璃棉;热湿传递;PID控制;水蒸气渗透系数;湿流密度

　　0引言

　　离心玻璃棉作为一种高效的无机保温材料，与有机保温材料相比，具有A级防火性能、容重轻、导热系数低、化学性能稳定、使用周期长以及环保等优点，并在建筑等领域得到了广泛的应用。离心玻璃棉的保温性能与纤维的直径、材料的密度以及厚度有关，材料的导热系数等热工性能还取决于材料内部的含湿状态和吸湿性能。

　　目前，国内外学者对离心玻璃棉材料特性的研究还较少，文献…对超细玻璃棉的导热系数进行研究，表明在特定使用温度下，导热系数随密度的变化关系呈二次曲线形式，存在着最佳使用密度，即最小导热系数;文献说明玻璃棉有良好的吸声性能;文献从数据分析的角度讨论了常见玻璃棉制品的主要物性参数间关系;文献通过实验研究了玻璃棉的吸湿特性，推算出了玻璃棉的平衡含湿量与其质迁移势之间的近似关系式;文献5对离心玻璃棉的等温吸湿曲线及水蒸气渗透系数进行了研究，给出了离心保温棉平衡含湿量随相对湿度变化的拟合公式。在此基础上，本文通过实验测试了特定温湿度条件下离心玻璃棉的水蒸气渗透性能和温度对离心玻璃棉湿传递过程的影响，为研究离心玻璃棉在夏热冬冷地区外墙内保温具体应用提供一定理论基础。

　　1实验原理

　　在实际建筑物中使用的离心玻璃棉高度、宽度与其厚度相比要大得多，可以认为其湿传递过程为一维的。

　　离心玻璃棉的水蒸气渗透系数可以通过设置实验进行测试。根据标准测材料水蒸气渗透系数的测试方法主要有水法和干燥剂法2种。2种方法都是将离心玻璃棉试样进行封装，对试样两侧的环境温湿度进行控制，并进行定期称重和记录，从而得到水蒸气透过试样的速度，通过计算得到稳态状况下离心玻璃棉的水蒸气渗透系数值。

　　2实验设计

　　本实验采用水法测试离心玻璃棉的湿蒸汽渗透系数。实验模拟夏热冬冷地区离心玻璃棉作为外墙内保温材料的应用条件，设置了离心玻璃棉试样热湿传递的小模型实验装置，实验参数设定均以此为基础。

　　该装置制作了一个带边沿的有机玻璃箱体，将离心玻璃棉试样进行封装。箱体内部通过盐溶液控制相对湿度，采用PID控制装置通过控制防水加热线的加热量来控制箱体内的温度值，整个装置被置于恒温箱内。另外设置PID控制装置，通过控制蒸汽加湿的加湿量对恒温箱内的相对湿度进行控制，从而可得到试样两侧不同的水蒸气分压力差值。实验箱体内模拟室内环境，用恒温恒湿箱模拟室外环境，实验装置原理图如图1所示。

　　离心玻璃棉试样两侧都布置了温湿度测点，为避免离心玻璃棉材料的结构遭到破坏，实验采用2块相同厚度的离心玻璃棉进行叠加，将温湿度测点置于2层材料中间。温湿度测点测试的温湿度值通过通讯线与电脑相连，并编写LabVIEW程序进行实时采集和记录，实验装置构造及实验元件如表1所示。

　　实验箱体采用有机玻璃板进行制作，并南厂家进行密封性测试实验，如图2所示。实验箱体放到恒温箱内进行实验，箱体内由配置的盐溶液控制相对湿度，防水加热线控制温度。环境温度由恒温箱控制，相对湿度则由蒸汽加湿装置进行控制。

　　实验组合装置如图3所示。温湿度传感器及电子天平都通过数据通讯线连接到电脑进行实时采集。实验箱体所连接的数据线需要进行固定处理，以防止数据线的移动影响电子天平的称量值。

　　通过对箱体内含湿量随时间的变化及材料各处温湿度值结果进行分析，可得到不同水蒸气分压力下离心玻璃棉材料的热湿传递特性，汁算稳态状况下离心玻璃棉的水蒸气渗透系数值，分析温度对材料湿传递的影响大小。

　　3实验过程

　　3.1实验工况的确定

　　夏热冬冷地区冬季住宅的室内温度设计值为18～22℃.实验箱体内的温度设定为2O℃，即离心玻璃棉室内侧的温度值取为20℃，冷侧温度则在5～20之问取值。冬季室内的相对湿度没计值为40%～60%，考虑到电子天平的称量精度，为使实验现象更加明显，以及减少实验时间，需要增大离心玻璃棉两侧的水蒸汽分压力差值，本实验箱体内的相对湿度取定为84%，恒温箱内的相对湿度值则根据需要及实验装置的控制能力在20%～90%之间变化取值。

　　3.2实验步骤

　　(1)调配好相对湿度为84%的盐溶液，液面盖过防水加热线，并控制溶液质量.使装置总重量在天平测量量程以内。将两块面积为200mmX200mm，厚度25mm，密度为24kg/m的离心玻璃棉板封装在有机玻璃箱体边沿上，川塑料薄膜进行包裹，使离心玻璃棉裸露在环境侧的面积和箱体开口面积保持一致，多余面积用薄膜进行密封。

　　(2)将电子天平置于恒温箱内.并对天平进行校准和调零，把封装好的实验箱体置于天平上，并加上防风罩和盖板。将温湿度传感器数据线与电脑连接并通讯，通过采集程序对实验数据进行实时采集，PT100热电阻和E+E温湿度传感器分别接到电加热PID控制装置及蒸汽加湿PID控制装置。

　　(3)开启恒温箱、电JⅡ热装置及蒸汽加湿装置.并设定所需控制的温度和相对湿度值。对温湿度PID控制装置~JPID参数进行整定，控制温湿度值在实验所需精度范围内变化，开始实验并实时采集实验数据，定期对蒸汽加湿装置进行加水，防止电加热管干烧。

　　(4)更换不同的工况进行实验，并整理实验数据及对实验数据进行分析。

　　4离心玻璃棉热湿传递特性实验结果与分析

　　4.1不同水蒸气分压力差下涅传递特性由于实验装置条件的限制，温湿度控制范围有限，本实验总共测试了6组工况，恒温箱内的温湿度值及箱体内环境的温湿度值如表2所示。

　　(1)整理实验测试数据可得到离心玻璃棉在不同水蒸气分压力差下的湿流密度，如图4所示。从实验结果可知，离心玻璃棉内部所传递的湿流密度随着水蒸气分压力差的增加而增大，且与水蒸气分压力差几乎呈线性关系。

　　(2)通过计算对应工况下离心玻璃棉的水蒸气渗透系数，可得到水蒸气渗透系数与水蒸气分压力差的关系，如图5所示。从图中可以看出，在测试工况范围内，离心玻璃棉保温材料的水蒸气渗透系数值受水蒸气分压力差的影响较小，6个工况下水蒸气渗透系数的平均值为1.98×107g/(m·s·Pa)。

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