[發明專利]溫度梯度下多孔材料水蒸氣傳遞系數測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201810359838.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108645748B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 田帥奇;俞自濤;范利武;王可;劉柏辰;王燕;曾慶敏;王玉瑋;羅巖松
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N7/10
• 分類號: G01N7/10;G01N13/00;G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種溫度梯度下多孔材料水蒸氣傳遞系數測量裝置及其測量方法，屬于材料熱濕物性測量領域。該裝置包括：恒溫恒濕箱，用于控制外側溫度和相對濕度；強制對流器，用于加強環境空氣對流；密封玻璃槽，內盛放無水氯化鈣，用于控制內側相對濕度，并在側面配備操作手套以方便內部操作；油浴裝置及通過油浴管道連接至密封玻璃槽，用于控制內側溫度；溫濕度傳感器，用于測量待測樣品內部或周圍環境的溫度和相對濕度；數據采集器，用于采集溫濕度傳感器測定的相對濕度和溫度以及所對應的采集時刻；計算機，用于結合Fick定律等原理處理數據，從而得到待測材料不同溫度和相對濕度下水蒸氣傳遞系數。本發明結構簡單，測量精度高，且能夠快速測量溫度梯度下多孔材料的水蒸氣傳遞系數。

技術領域

本發明涉及材料熱濕物性測量領域，特別是涉及一種非等溫條件下多孔材料水蒸氣傳遞系數的測試方法。

背景技術

在長江中下游夏熱冬冷地區，多孔建筑圍護結構內部會發生較強的熱濕積累和濕遷移，因此，建筑熱工性能對建筑能耗及室內環境有著至關重要的影響。水蒸氣傳遞系數包括由水蒸氣分壓驅動的水蒸氣有效滲透系數以及由相對濕度驅動的水蒸氣擴散系數，均表征了在中低相對濕度區域(0～70％)水蒸氣在材料內部進行傳遞的能力，對其進行定量分析研究對分析材料內部的濕遷移過程尤為重要，且能夠為室內熱濕環境的設計提供指導。

對于多孔建筑材料水蒸氣傳遞系數而言，通常采用標準的穩態杯式法來測量水蒸氣有效滲透系數，并結合標準氣候箱法測得的等溫吸濕曲線計算求得水蒸氣有效擴散系數。采用上述標準測試方法盡管得到的結果準確可靠，但耗時較長，完整獲得一組水蒸氣傳遞系數隨相對濕度的變化規律需耗時數月。而近些年來已有許多學者提出了高效的瞬態測試方法，包括基于斐克定律和Boltzmann變換，根據相對濕度或水蒸氣密度沿試樣長度方向上的分布計算得出水蒸氣有效擴散系數，且該方法已被證明結果準確、可靠，并可推廣用于高效、快速的水蒸氣傳遞系數測試。

上述水蒸氣傳遞系數的測量均是在等溫條件下進行測量的，即材料內部僅存在濕度梯度。然而，在長江中下游夏熱冬冷地區，實際情況下建筑材料內部除存在濕度梯度外，還存在溫度梯度。如夏天時，室外溫度接近40℃，而室內溫度往往被空調控制在約25℃左右。因此，對該類工況下水蒸氣傳遞系數進行研究的意義同樣重大。

在現有的技術研究中，尚缺少針對濕度梯度和溫度梯度共同存在的條件下，水蒸氣傳遞系數的測量裝置和方法。

發明內容

本發明提供一種溫度梯度下多孔材料水蒸氣傳遞系數測量裝置及其測量方法，用于測量同時存在溫度梯度和相對濕度時，樣品的水蒸氣傳遞系數。

本發明通過以下技術方案來實現：

溫度梯度下多孔材料水蒸氣傳遞系數測量裝置，其包括：用于控制待測樣品外側溫度和相對濕度的恒溫恒濕箱；恒溫恒濕箱內設置有密封玻璃槽、油浴槽和樣品支架；恒溫恒濕箱中在密封玻璃槽內外均設有用于加強環境空氣對流的強制對流器；密封玻璃槽內部還放置有用于吸收槽內水蒸氣的無水氯化鈣，密封玻璃槽側面密封性設置有操作手套；所述的油浴槽通過油浴管道與恒溫恒濕箱外部的油浴裝置相連，形成油液循環回路；密封玻璃槽位于油浴槽內側，且一側緊貼油浴槽側壁；待測樣品放置于樣品支架上，且待測樣品呈長條形，除兩個端面之外的其余四個面上均涂覆滿環氧樹脂，并在環氧樹脂外包裹絕熱材料；待測樣品一端密封于密封玻璃槽的環境中，另一端穿出油浴槽后暴露于恒溫恒濕箱的環境中；在所述的待測樣品上表面均勻布置有若干個溫濕度傳感器，在密封玻璃槽內部以及密封玻璃槽外的恒溫恒濕箱內腔中也分別設置有溫濕度傳感器，用于測量樣品內部不同位置以及恒溫恒濕箱、密封玻璃槽中的溫度和相對濕度；油浴槽以及油浴管道均包裹保溫材料。

作為優選，各個溫濕度傳感器均過恒溫恒濕箱側面開孔與數據采集器相連，數據采集器與計算機相連。

作為優選，所述的若干個溫濕度傳感器在待測樣品的上表面等距均勻布置，且溫濕度傳感器埋入待測樣品上的預留孔中。