[实用新型]一种水蒸气扩散系数非稳态测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及物性测量技术领域，特别是涉及一种建筑领域的水蒸气扩散系数非稳态测量装置。

背景技术

随着经济的飞速发展和人口的持续增长，能源问题成为全人类共同面临的重大社会问题。目前，建筑与工业、交通运输并列为中国三大高能耗行业。建筑围护结构使用的大多是多孔材料，如混凝土、页岩砖、木材等。在热湿气候中，多孔围护结构存在着很强的湿迁移过程，其热湿迁移及湿积累对建筑热工性能、建筑能耗及室内环境有着重要影响。例如，由于水的导热系数是空气的24倍左右，多孔建筑材料含湿量微小的变化都将对其传热性能产生巨大影响；同时，墙体高含湿量会导致室内空气含湿量升高，引发霉菌等微生物滋长，恶化室内环境。故研究多孔建筑材料的湿迁移有着十分重要的意义。

多孔建筑材料的水蒸气扩散系数是表征水蒸气在建筑材料中迁移性能的重要物性参数，是定量求解湿迁移问题所必需的基础数据，也是建筑围护结构热湿耦合传递研究的重要内容。

多孔建材的水蒸气扩散性能通常由稳态干湿杯实验表征，该方法在许多国家或地区已标准化。然而，等温条件下多孔建材的水蒸气扩散性能取决于其内部的相对湿度，在典型建筑环境相对湿度范围(40-95％)内，水蒸气扩散系数的最大值和最小值之间相差约一个数量级。由于建筑围护结构热湿耦合传递的数学模型日益复杂，对输入数据准确性的要求日益提高，水蒸气扩散性能在现有标准的基础上需在更广的湿度范围中表征。但是由于水蒸气在多孔建材内传递缓慢，一次稳态实验需耗时数周，且一次稳态实验只能测得一个水蒸气扩散系数，完整表征多孔建材的水蒸气传递性能可能需耗时数月，所以发展高效、可靠的非稳态测试方法有对于科学研究与工程应用都有着十分重要的意义。

Arfvidsson等人在《Building and Environment》2000年3期(A transient technique for determining diffusion coefficients in hygroscopic materials，2000，35(3)：239-249)中搭建了在环境相对湿度阶梯式变化时多孔建材质量测试实验台，并根据实验数据提出了一种以Kirchhoff势为驱动力的计算水蒸气扩散系数的方法， 计算结果与稳态实验结果吻合，但该方法需通过稳态实验求得材料的吸湿曲线，仍耗时较长。Pavlík等人在《Journal of Building Physics》2012年3期中(A Boltzmann transformation method for investigation of water vapor transport in building materials，2012，35(3)：213-223)利用时域反射仪搭建了多孔建材水蒸气扩散系数非稳态测试实验台，然而作者用稳态“干杯”法测得水蒸气扩散系数在非稳态法测得的扩散系数曲线上对应的相对湿度约为64％，与“干杯”法相对湿度条件为0/50％不符，可靠性不高，且时域反射仪价格昂贵。

尽管已有研究者开展了多孔建筑材料水蒸气扩散系数非稳态测量技术的研究，但这些方法仍存在耗时长、准确性不高、价格昂贵等问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了测量出多孔建筑材料材料的水蒸气扩散系数，提供一种多孔建筑材料的水蒸气扩散系数非稳态测量装置，该装置结构简单、测量精度高并且能够通过一次实验确定水蒸气扩散系数与相对湿度的关系。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种水蒸气扩散系数非稳态测量装置包括恒温恒湿箱、有机玻璃箱、强制对流器、电容式相对湿度传感器、数据采集器、计算机；装置的布局如下：

埋设电容式相对湿度传感器的待测样品的一部分固定于有机玻璃箱内，有机玻璃箱置于恒温恒湿箱中，恒温恒湿箱和有机玻璃箱中各放置一个强制对流器，电容式相对湿度传感器通过恒温恒湿箱侧面开孔连接到数据采集器，数据采集器连接计算机。

与现有技术相比，本实用新型的水蒸气扩散系数非稳态测量装置及方法利用高精度且价格低廉的电容式相对湿度传感器测量水蒸气在多孔建筑材料中一维非稳态传递时的相对湿度分布，基于反问题原理精确反算出水蒸气扩散系数。因此，克服了传统稳态测量方法及其他非稳态测量方法耗时长、准确性不高、价格昂贵等缺点，有利于高效可靠地表征多孔建筑材料水蒸气传递性能，进而促进建筑围护结构热湿耦合传递模型在工程中的应用。

附图说明

图1为本实用新型水蒸气扩散系数非稳态测量装置示意图；

图2为本实用新型电容式相对湿度传感器埋设示意图；