關(guān)于離心保溫棉吸濕特性及濕傳遞性能的探索
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
作者：張毅
目前，國內(nèi)的一些學(xué)者對離心保溫棉的性能進行了研究。文獻[1]研究了離心保溫棉不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)；文獻[2]對離心保溫棉的吸聲性能進行了研究，得出離心保溫棉是高效的吸聲材料。文獻[3]研究了超細玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)，得出了在不同溫度下，導(dǎo)熱系數(shù)隨密度的變化關(guān)系呈二次曲線形式。但是，對離心保溫棉的濕傳遞性能的研究很少，缺少濕傳遞計算的必要參數(shù)。文獻[4]通過實驗研究了玻璃棉的吸濕特性，并繪制了相應(yīng)的曲線。但隨著離心保溫棉生產(chǎn)工藝的提高，如今材料性能也發(fā)生了改變。
因此，本文通過實驗對離心保溫棉的吸濕特性及濕傳遞性能進行研究，為其研究和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和計算依據(jù)。
1 實驗原理
1.1 吸濕特性實驗原理
等溫吸濕曲線是用來描述離心保溫棉的吸濕特性，在等溫條件下，根據(jù)不同空氣相對濕度所測得的材料平衡含濕量繪制而成。等溫吸濕曲線反映了材料在平衡狀態(tài)下的濕容量，它是材料自身吸濕能力強弱的表現(xiàn)，材料的等溫吸濕特性只與材料本身的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)，等溫吸濕曲線是研究并獲得材料傳溫過程中有關(guān)特性參數(shù)、傳遞系數(shù)的基礎(chǔ)。
離心保溫棉的熱工性能及質(zhì)傳遞過程與其含濕狀態(tài)及吸濕性能關(guān)系密切，材料與水份之間的相互作用關(guān)系，可用平衡含濕量來描述。材料的質(zhì)量含濕率為：
式中：A為材料平衡含濕量，kg/kg；m,o為干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量，kg;m為吸收水分后的材料質(zhì)量，kg。
測定不同空氣相對濕度條件下的離心保溫棉的平衡含濕量，然后利用非線性最小二乘法，根據(jù)式(2)對實驗結(jié)果進行擬合：
式中：妒為材料的相對濕度，%;a，6，c為通過擬合得到的實驗常數(shù)。
1.2濕傳遞性能實驗原理
水蒸氣滲透系數(shù)是描述離心保溫棉濕傳遞的重要參數(shù)。文獻[6]將其定義為：在保持試樣兩表面特定的溫濕度環(huán)境下，單位時間內(nèi)，由試樣兩側(cè)單位水蒸氣壓差引起的單位厚度試樣在單位面積上透過的水蒸氣總量。
水蒸氣滲透系數(shù)的計算根據(jù)下式：
式中：L為試樣厚度，m；6，為水蒸氣滲透系數(shù)，g/(m·s-Pa)；Wp為透濕率，g/( m2．s．Pa)
其中，透濕率W，可通過下面式(4)來計算：
式中：Ap為水蒸氣壓差，Pa；p。為試驗溫度下的飽和水蒸氣壓，Pa; RH,為以分?jǐn)?shù)值表示的高水蒸氣壓側(cè)的相對濕度（水法時為盤內(nèi)一側(cè)），%；RH2為以分?jǐn)?shù)值表示的低水蒸氣壓側(cè)的相對濕度，%。
2實驗介紹
2.1吸濕特性實驗介紹
本實驗主要參考文獻[7]進行。采用干燥器法進行測試，通過飽和鹽溶液控制密封盒內(nèi)的相對濕度，恒溫箱提供所需穩(wěn)定的環(huán)境溫度。為了研究密度對材料濕特性的影響，選取了密度為24 kg/m3（以下稱24 K）和40 kg/m3（以下稱40 K）的離心保溫棉作為實驗對象。文獻[5]規(guī)定，對于密度小于300 kg/m3的材料試樣尺寸應(yīng)至少為100 mm X100mm。為了減少試樣達到濕平衡的時間，離心保溫棉試樣尺寸為100 mm x100 mm。
實驗裝置：恒溫箱（精度±0.5℃）、干燥箱（用于烘干材料）、干燥皿（盛放飽和鹽溶液）以及一臺量程精密天平（精度±0. 001 g）。鹽溶液選用固體鹽和蒸餾水配制而成。
飽和溶液中保持有30%未完全溶液的固體鹽配制時控制其溫度為50℃，當(dāng)鹽溶液達到飽和并且有固體析出后，將配制好的飽和鹽溶液置于密封盒內(nèi)，在環(huán)境中放置一段時間后移入恒溫箱中冷卻至23 ℃。
2.2濕傳遞性能實驗介紹
根據(jù)文獻[8]，有2種方法可以研究材料的水蒸氣滲透系數(shù)，分別為干燥劑法和水法。干燥劑法是把試樣封裝在帶有干燥劑的試驗盤的開口上，裝配后放入受控的環(huán)境中，定期稱重以測定水蒸氣通過試樣進入干燥劑的速度。水法是將試樣封裝在盛有蒸餾水的試驗盤的開口上，定期稱重以測定水通過試樣蒸發(fā)到環(huán)境氣氛中的速度。由于干燥劑會隨著時間的推移逐漸失效，可能影響實驗結(jié)果，故本實驗采用水法進行測試。
離心保溫棉試樣的選取和制備同吸濕性能測試實驗，即選取了密度分別為24 K和40 K，尺寸均為120 mm×120 mm的2種離心保溫棉作為實驗對象。
在試驗盤底部注入蒸餾水，蒸餾水深度為8mm左右，能保證水在整個試驗中蓋滿盤底，盤內(nèi)相對濕度名義上為100%。用工業(yè)凡士林涂敷試驗盤的凸緣和欄圈內(nèi)部，將試樣封到盤口上，防止水蒸氣從這些地方進入或逸出。為了減少誤差，用塑料薄膜遮擋暴露于空氣中的試樣頂面，使盤口的形狀和大小與盤中暴露于水蒸氣的區(qū)域保持一致。
實驗裝置與吸濕特性實驗相同。
飽和鹽溶液在23℃時的相對濕度見表1。
3 實驗步驟
3.1 吸濕特性實驗步驟
1)實驗前先將試樣置于干燥箱中干燥，本實驗所選擇的離心保溫棉試樣工作溫度區(qū)間為- 18℃到+232℃，熱荷重收縮溫度不小于300℃，因而設(shè)定離心保溫棉干燥溫度為100℃。間隔24 h連續(xù)3次稱量試樣質(zhì)量的變化小于總質(zhì)量的0. 1%，即可
達到恒重。
2)將干燥后的試樣放置在于燥皿中飽和鹽溶液擋板的上方，以24 h為周期稱量試樣在每種濕度環(huán)境中達到平衡后的質(zhì)量并記錄，達到平衡后取出試樣并稱重，然后將試樣放置在另一相對濕度環(huán)境中。
3)重復(fù)步驟2，周期稱量試樣在每種濕度環(huán)境中達到平衡后的質(zhì)量并記錄。
3.2 濕傳遞性能實驗步驟
1)將制備好的離心保溫棉試樣放入干燥器中進行干燥，干燥溫度設(shè)為100℃。間隔24 h連續(xù)3次稱量試樣質(zhì)量的變化小于總質(zhì)量的0. 1%，即可認(rèn)為達到恒重。
2)稱量試驗盤組件并將其水平地放入相對濕度已經(jīng)穩(wěn)定的密封盒內(nèi)，然后和密封盒一并放入恒溫箱內(nèi)。以24 h為間隔稱量試樣，每個相對濕度工況采集8個數(shù)據(jù)點。
3)待稱重數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，將密封盒放入下一個相對濕度工況。
4 實驗結(jié)果與分析
4.1 吸濕特性實驗結(jié)果與分析
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在不同的相對濕度下，對離心保溫棉的吸濕質(zhì)量取平均值，擬合了離心保溫棉的吸濕量隨相對濕度變化的曲線，并給出了擬合公式和相關(guān)系數(shù)（決定系數(shù)），見圖1和圖2。
由圖1和圖2可知，在等溫條件下，離心保溫棉的平衡含濕量隨相對濕度變化呈現(xiàn)冪指數(shù)增加趨勢。在相對濕度超過80qo時，離心保溫棉的吸濕量陡增（40 K比24 K增加的快），造成玻璃棉的質(zhì)量快速增加；且40 K離心保溫棉的吸濕量比24 K增加的快，說明離心保溫棉的密度越大，吸濕系數(shù)越大。因而，在進行保溫設(shè)計時應(yīng)充分考慮離心保溫棉的吸濕特性；同時，以上擬合的公式可用于分析熱濕耦合作用下離心保溫棉內(nèi)的熱濕遷移過程。
4.2濕傳遞性能實驗結(jié)果與分析
根據(jù)式(2)計算離心保溫棉在不同相對濕度下的水蒸氣滲透系數(shù)，參照文獻[9]對數(shù)據(jù)進行擬合，擬合結(jié)果見圖3和圖4。
由圖3和圖4可知，不論是24 K還是40 K離心保溫棉，在相對濕度為小于80%區(qū)間內(nèi)，水蒸氣滲透系數(shù)變化緩慢，超過80%時發(fā)生突變，水蒸氣滲透系數(shù)呈指數(shù)形式增加。2種不同密度的材料的水蒸氣滲透系數(shù)相差不大，說明對于大孔隙離心保溫棉保溫材料來說，密度的大小對水蒸氣滲透系數(shù)的影響不明顯。在離心保溫棉實際應(yīng)用中，擬合的公式可用于濕傳遞的計算。
5結(jié)論與展望
本文通過實驗研究了離心保溫棉的吸濕特性及濕傳遞性能，得出的結(jié)論如下：
1)吸濕特性實驗繪制了離心保溫棉的等溫吸濕曲線，并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。
2)濕傳遞實驗得出了離心保溫棉在相對濕度范圍在22.8%~97. 4%范圍內(nèi)的水蒸氣滲透系數(shù)，并將實驗數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，得到的擬合公式適用于相對濕度0 N100%。
3)在相對濕度小于80%區(qū)間內(nèi)，離心保溫棉的吸濕量和水蒸氣滲透系數(shù)變化緩慢，但超過80%時，吸濕量和水蒸氣滲透系數(shù)陡升，保溫效果降低。
在離心保溫棉的實際工程應(yīng)用中，以上的研究結(jié)果可作為吸濕和濕傳遞的參考公式，用于分析熱濕耦合作用下的離心保溫棉內(nèi)的熱濕傳遞過程，為其研究與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和計算依據(jù)。
同時，不同溫度下離心保溫棉的透濕系數(shù)也不同，比如在嚴(yán)寒地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)，離心玻璃棉的環(huán)境溫度不同，那么得出溫度與透濕系數(shù)的關(guān)系式至關(guān)重要，本課題已經(jīng)在進行后續(xù)的研究。
6[摘要]離心保溫棉因其優(yōu)越的保溫性能，被廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能體系中。本文通過實驗研究了離心保溫棉的吸濕特性及濕傳遞性能。吸濕特性實驗研究了離心保溫棉的等溫吸濕曲線，并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；濕傳遞性能實驗研究了離心保溫棉的水蒸氣滲透系數(shù)，將實驗數(shù)據(jù)進行最小二乘法擬合，得到的擬合公式適用于相對濕度區(qū)間為0~ 100%。以上研究結(jié)果為離心保溫棉的研究與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和計算依據(jù)。
下一篇:返回列表
