РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ШТУКАТУРКИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЛАЖНОСТИ В ПОМЕЩЕНИИ

Гигроскопический материал, часто пористый или волокнистый с паропроницаемыми свойствами, образует пассивные буферные явления влаги, где влага может перемещаться между окружающей средой и материалом. Это приводит к адсорбции влаги во время фаз высокой влажности и десорбции во время фаз низкой влажности для достижения равновесия влаги с давлением пара. Строительные материалы могут использовать эту буферизацию влаги для контроля влажности в помещении, пассивно регулируя колебания в целом, обеспечивая большую стабильность внутренней среды. Экстремальные значения относительной влажности (RH) связаны с плохим качеством воздуха в помещении и влияют на комфорт, здоровье и самочувствие жильцов.

Современные здания спроектированы так, чтобы быть хорошо изолированными с минимальной инфильтрацией для снижения теплопотерь. Хотя относительная влажность воздуха в помещении обычно контролируется установками кондиционирования воздуха, было показано, что такие системы недостаточны для доведения относительной влажности воздуха в помещении до оптимального уровня в некоторых случаях и требуют дополнительного потребления энергии. Взаимодействие обитателей с механическими системами играет жизненно важную роль в энергетических и углеродных характеристиках зданий, а также в регулировании качества воздуха внутри помещений. Simonson et al. сообщалось о достоинстве наличия гигроскопичных материалов в замкнутом пространстве для умеренного изменения влажности в помещении, в то время как другие позже свидетельствовали о положительном влиянии на энергоэффективность и комфорт пассажиров.

При различных условиях высокой и низкой влажности влага будет проникать в гигроскопичный материал только до десорбции и будет варьироваться в зависимости от физических и химических свойств материала. Для типичного штукатурного материала эта максимальная глубина составляет примерно 10 мм. Поэтому в данном исследовании будут рассмотрены только те поверхностные отделочные материалы, которые могут взаимодействовать с относительной влажностью окружающей среды. Выбранные материалы включают гипсовую штукатурку, обычный строительный материал, и "глину", глиняный штукатурный материал, который, как было показано, обладает превосходными свойствами буферизации влаги. Используемая "глина" представляет собой каолинит со значительным количеством частиц размером с ил и полностью характеризуется Maskell et al.

Каждый образец был подготовлен в соответствии с НОРД-тестом. Размер образца составлял 150 мм × 150 мм × 20 мм толщиной, причем толщина образца в два раза превышала ожидаемую глубину проникновения влаги. чтобы учесть неопределенность. Перед помещением образцов в камеру окружающей среды с контролируемыми изменяющимися условиями заднюю и боковые грани образцов покрывали алюминиевой лентой для герметизации, чтобы обеспечить взаимодействие влаги с окружающим воздухом только через одну грань (площадь 150 мм × 150 мм) материала. Образцы сначала хранили в среде при температуре 23°C и 50% RH после литья в течение 28 дней и взвешивали, чтобы убедиться, что они находятся в равновесии с окружающей средой. После этого их переносили в экологическую камеру при тех же условиях не менее чем на 96 ч (4 дня) до проведения испытаний в соответствии с процедурой испытаний NORD.

Методы

Для оценки полученных результатов использовалась стандартная процедура NORD test. Этот метод предусматривает прямоугольное изменение относительной влажности от 33% до 75%, причем 16 ч при высокой относительной влажности и 8 ч при низкой. Этот метод был использован в качестве контроля для дальнейших испытаний изменения температуры и синусоидальной волновой функции. Чтобы самостоятельно исследовать влияние изменения температуры, метод был модифицирован для ступенчатого изменения температуры между 18°С и 28°С при постоянной влажности. Наконец, как вариации относительной влажности, так и температуры были исследованы под действием синусоидальной волны.

Результаты

Все результаты показывают сходные широкие тенденции независимо от того, была ли переменная динамической или статической:

Более высокие температуры приводили к большей амплитуде сорбции, в то время как более низкие температуры приводили к меньшему поглощению и высвобождению влаги.

Относительная влажность оказывает значительное влияние как на амплитуду, так и на смещение пиков.

Анализ и обсуждение

В то время как изменение температуры и влажности было исследовано индивидуально экспериментально, комбинированное влияние синусоидального изменения влажности и температуры можно оценить численно. Эта результирующая кривая может быть достигнута усреднением двух наборов данных в данный момент времени. Из этого следует, что одновременное изменение как температуры, так и RH приведет к снижению сорбционной емкости материала, а также к дальнейшему замедлению времени отклика, указываемому смещением отклика.

Сочетание горячего и сухого состояния, по-видимому, полностью использует сорбционную способность материала, в то время как холодное и влажное состояние приводит к колебаниям сорбции наименьшей амплитуды. Производительность материала, по-видимому, довольно стабильна при воздействии в холодном и сухом состоянии, а склонность к постоянной десорбции влаги в горячем и влажном состоянии меньше, чем результирующая кривая горячего и сухого состояния. Горячее и влажное состояние дало бы лучшую производительность по сравнению с холодным и влажным состоянием, но также имеет тенденцию непрерывно выделять влагу. Сочетание холодного и сухого состояния оценивается относительно хорошо с точки зрения сорбционной способности и времени отклика при сохранении работоспособности.

Это исследование приняло профиль тестирования цикла 8-16 ч как для распределения времени, так и для распределения амплитуды изменения температуры/RH. Полученная сорбция влаги не следует одинаковым периодам времени, как правило, приближаясь к равномерному распределению между адсорбцией и десорбцией. Условия предварительной подготовки для обоих материалов одинаковы: влажность контролируется при 50% RH, а температура устанавливается равной 20°C, что обеспечивает равновесное состояние материалов до начала испытаний. Тем не менее, оба материала демонстрировали переменную производительность во время второго цикла испытаний, что указывает на дальнейшие динамические эффекты.

Результирующая точка пиковой амплитуды также может быть другой формой точки сорбционного баланса. Результаты, полученные в этом исследовании, показывают, что пиковые точки почти никогда не синхронизируются с запрограммированной настройкой, вызывая смещение во времени отклика. Это явление сравнимо с термическим запаздыванием. Смещение влажности, вероятно, связано с нелинейной природой сорбции, обычно наблюдаемой при изотермической стационарной сорбции. Различная комбинация высокой и низкой температуры, соответствующая данной влажности, влияет на мгновенную скорость адсорбции и десорбции материала, которая будет определять форму результирующего сорбционного поведения.

В данном исследовании экспериментально показано влияние влажности и изменения температуры на способность различных гигроскопических материалов пассивно регулировать RH окружающей среды в помещении. . В этой статье представлены численные результаты при объединении этих вариаций. Добавление синусоидального изменения температуры с влажностью привело бы к возникновению пониженной сорбционной способности, но увеличению задержки влаги между пиками, независимо от того, насколько высока эффективность буферизации влаги материала. Пассивная система буферизации влаги имеет большой потенциал для применения в любом климате при правильной регулировке и тщательном рассмотрении.

Поскольку условия окружающей среды в реальном мире почти никогда не бывают постоянными, изучение того, как материалы могут реагировать в изменяющихся условиях, могло бы помочь проектировщикам в выборе материалов для внутренних поверхностей. Ожидаемое воздействие улучшит конструкцию низкоэнергетических герметичных зданий и других применений, требующих тщательного контроля окружающей среды, используя материал для пассивного регулирования влажности в окружающей среде посредством динамической адсорбции и десорбции. Это свидетельствует о необходимости учитывать большую меру внутренней среды за пределами только температуры или влажности. Выбор материала приведет к тому, что он внесет свой вклад в баланс влажности внутренней среды и станет частью системы контроля влажности.