基于调湿原理的保温材料防潮性能研究

黄庆铿 1，梁永昌 1，袁效容 1，李学鹏 1

广东电网有限责任公司东莞供电局 523000 广东东莞

摘要：针对保温材料用于内保温易受潮、保温效果不佳的问题，本文提出一种基于调湿原理的保温材料防潮性能研究。通过测量不同保温材料的温湿度，比较温度、湿度的分布状况，揭示调湿材料对保温性能的影响，研究调湿原理对内保温材料的防潮效果。通过实验和理论分析，绘制调湿材料和保温材料之间的平衡湿度曲线，为提高保温材料的防潮性能提供了理论基础。

关键词：调湿原理；保温材料；平衡湿度曲线；防潮性能

0 引言

保温材料具有节能环保、经济实惠、施工便捷的优点，对提高建筑的安全性、提高建筑的寿命有着重要意义。

然而，由于气候环境、自然因素以及建筑结构的影响，保温材料常暴露在空气中，极易导致材料与空气中的水分结合，出现吸湿受潮、冷凝受潮、淋水受潮等现象。保温材料受潮不仅弱化了隔热、御寒效果，更缩短了建筑的使用寿命。同时，保温材料受潮现象的加重，提高了室内空气的湿度，进一步导致细菌的滋生，对人体健康造成危害。

为了提高保温材料的使用价值、最大化发挥保温材料的节能效益，需要对其进行相应的防潮措施。

传统的防潮措施只要以改变保温材料的外部环境为主，如降低与保温材料接触的空气湿度、提高与保温材料周围空气的温度。但是，由于外部因素难以控制，导致传统的防止保温材料受潮方法不能从根本上解决问题。

现有的研究则从材料的物理性质、调湿材料、热湿迁移等方面入手，对改进后的保温材料进行了大量的实验，取得了不错的效果。

而在模型设计方面，因为保温材料热湿情况复杂、难以预测，使得大多数模型无法全面描述热湿传递现象，忽视了水分在材料中的变化和积累过程。另一方面，由于湿热耦合微分方程组具有非线性的缺点，在一定程度上降低了数值结果的准确性。

因此，为了缓解保温材料内部受潮情况，本文基于调湿原理，对保温材料的防潮性能进行深入的探讨和研究。通过测量实验数据，分析不同结构下保温材料的防潮水平，并利用空气湿度、调湿材料、保温材料三者的联系，提高保温材料的保温、御湿性能。

1保温材料的受潮分析

根据保温材料与建筑物搭配方式的不同，可将保温系统分为两种类型：内保温、外保温。

1.1 保温系统

保温系统结构如图1所示，由基层、保温层和装饰层组成。基层主要为建筑材料，保温层由保温材料填充，装饰层主要起美化建筑的作用。

(a)内保温系统

(b)外保温系统

图1 保温系统结构图

内保温系统具有成本低、寿命长、易于安装等优势，在节能建筑中得到了广泛的应用，但由于其结构内部存在易生成结露的问题，渐渐被外保温系统取代。而对于一些特殊气候的地区，如夏热冬冷的城市，内保温系统的使用次数远大于外保温系统的使用次数。

1.2 保温材料受潮分析

保温材料的蒸汽渗透阻R₀等于材料厚度d与其蒸汽渗透系数的比值，即：

(1)

因此，保温系统的总渗透阻R为各层材料的渗透阻之和：

(2)

保温材料实际水蒸气分压F₀的计算公式如下所示：

(3)

其中，F₁、F₂分别为基层和装饰层的实际水蒸气分压。

根据保温材料实际水蒸气分压F₀和饱和水蒸气分压F_S的曲线分布关系，可判断出保温材料的受潮情况。

保温系统的受潮情况如图2所示。当F_S大于F₀时，保温系统不受潮；当F_S与F₀的曲线有相交时，保温系统受潮。

(a)不受潮 (b)受潮

图2 保温系统受潮示意图

2 保温材料防潮实验

固定实验温度和空气相对湿度不变，当材料湿度达到静态平衡时，称该湿度为保温材料的平衡水分含量静态点，由这些静态点组成的曲线为平衡湿度曲线。等温条件下的平衡湿度曲线是研究保温材料防潮性能的重要指标。

2.1 保温材料与调湿材料测试

实验以玻璃棉和硅胶为研究对象，在25℃恒温条件下进行吸湿性能测试。通过不同饱和度盐溶液，实现对实验环境湿度的控制。同时，由于吸收水分后的保温材料内部和实验环境的气压不同，存在相对水蒸气压差。当保温材料与环境空气接触时，极易发生湿交换现象，导致测量数据的误差。因此，在采用称重法测量保温材料的水分含量时，需将测量瓶迅速转移密封，最大限度减小称重误差。并在实验前对保温材料进行干燥工作，以确保实验的准确性。实验测得平衡湿度曲线如图3所示。

(a)玻璃棉平衡湿度曲线

(b)硅胶平衡湿度曲线

当空气相对湿度小于75%时，玻璃棉平衡湿度曲线斜率较小，变化不明显，吸收水分速度缓慢；当空气相对湿度大于75%时，玻璃棉平衡湿度曲线斜率迅速增大，吸湿能力显著上升。在低相对湿度段，即空气湿度小于60%时，硅胶的平衡湿度曲线斜率较大，水分吸附现象明显；而随着空气相对湿度的增加，硅胶吸湿逐渐趋于饱和。可见，两种保温材料对空气湿度的吸湿能力不同，玻璃棉在中低湿度环境下的防潮能力较弱，而硅胶在空气相对湿度较低的环境小，吸湿能力较强，防潮效果明显。

3 总结

本文基于调湿原理，对不同保温材料的防潮性能进行了研究。以玻璃棉和硅胶为实验对象，通过控制实验环境的空气相对湿度，模拟实际生活中的空气状况。并在实验中采用了材料烘干、封闭测试等操作，以降低实验误差。最后通过称重法测量保温材料的重量，计算试验前后的重量差，绘制平衡湿度曲线。

实验数据表明：在变化的空气湿度下，每种保温材料的防潮能力不同，中低湿度环境下，玻璃棉的防潮能力较弱，硅胶的防潮能力较强。因此，可根据每种保温材料防潮性能的差异，在实际工程中综合气候和建筑结构的因素，选择合适的保温材料，以提高建筑的防潮能力。

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项目名称：一种新型防潮封堵和防腐材料的研制 。

项目编号：031900KK52200065