建筑物理(热)-4 外围护结构的传湿与防潮

围护结构的总蒸汽渗透阻
H 0 H1 H 2 H 3 H m
1
d1

2
d2

3
d3

m
dm
围护结构的蒸汽渗透过程
H0 ——围护结构的总蒸汽渗透阻,m2· h· Pa/g
dm
——任一分层的厚度，m
h· Pa m ——任一分层材料的蒸汽渗透系数， g/m·
表明材料的透气能力，与材料的密实程度有关。 材料孔隙率越大，透气性越强。
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验
◆内部冷凝的危害???
围护结构内部冷凝的危害很大， 是一种看不见的隐患。
1）内部出现冷凝水，会使保温材料受潮，材料受潮后，导热系 数增大，保温能力降低；
2）由于内部冷凝水的冻融交替作用，抗冻性差的保温材料便遭 到破坏，从而降低结构的使用质量和耐久性。
重量湿度
“S”形曲线
一状态（一定的气温和一定的相对
湿度）的空气处于热湿平衡时，
材料的吸湿特性，可用材料的等温 吸湿曲线表征，如图。
亦即材料的温度与周围空气 温度一致（热平衡），试件的 重量不再发生变化（湿平衡）， 这时的材料湿度称为平衡湿 度。 ◆材料的吸湿强度在相对湿度 相同的条件下，随温度的降低 而增加。
护结构任一层的内界面上的水蒸气分压力计算公式：
Pm Pi
H
j 1
m 1
j
H0
( Pi Pe )
与确定内部温 度相似！ m=2,3,4, … n
H
j 1
m 1
j
——从室内一侧算起，由第一层至第m-1层的蒸汽渗透阻之和
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿
4.1.1 材料的吸湿特性 4.1.2 围护结构中的水分转移 4.1.3 内部冷凝的检验
1. 用于结构中的材料的原始湿度 ； 2. 施工过程中进入结构材料的水分；
3. 由于毛细管作用，从土壤渗透到围护结构中的水分；
4. 由于受雨、雪的作用渗透到围护结构中的水分； 5. 使用管理中的水分，生产过程中使用水，使地板和墙的下部受潮。
6. 由于材料的吸湿作用，从空气中吸收的水分；
7. 空气中的水分在围护结构表面和内部发生冷凝。
干燥状态

吸水状态
材料的吸湿：把一块干的材料试件臵于湿空气 中，材料试件会从空气中逐步吸收水分（空气 中的水蒸气）而变潮，这种现象称为材料的吸 湿。

材料的吸湿特性用平衡湿度来表示。

4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.1 材料的吸湿特性 平衡湿度：当材料试件与某
最大吸湿湿度
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移

材料内所包含的水分，可以以三种形态存在：气态 （水蒸气）、液态（液态水）和固态（冰）。

在材料内部可以迁移的只是两种相态：一种是气态
的扩散方式迁移（又称水蒸气渗透）；一种是以液
态水分的毛细渗透方式迁移。
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移
蒸气分压力Pi和Pe，然后根据公式（4-3）计算 围护结构各层的水蒸气分压力，并作出P的分布
单一均质层材料
不产生冷凝
线。对于采暖房屋，设计中取当地采暖期的室外空气的平
均温度和平均相对湿度作为室外计算参数。
产生冷凝
(2)根据室内外空气温度,确定围护结构各层的温度，并作出相 应的最大水蒸气分压力(饱和水蒸汽分压力Ps)的分布线。
1 Pi Pe H0
蒸汽渗透强度， g/(m2· h) 围护结构的总蒸汽渗透阻, m2· h· Pa/g 室内空气的水蒸 气分压力, Pa 室外空气的水蒸 气分压力,Pa
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移
1 Pi Pe H0
经验和理论都已判明，在蒸汽渗透的途径中，若材料的蒸汽渗透系数 出现由大变小的界面，因水蒸汽至此遇到较大的阻力，最易发生冷凝 现象，习惯上把这个最易出现冷凝，而且凝结最严重的界面，叫做围 护结构内部的“冷凝界面”
冷凝界面
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验
(3)根据P和Ps线相交与否判定围护结构内部是否出现冷凝。
Pm P i
H
j 1
m 1
j
H0
(P i P e)
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验
◆经判别若出现内部冷凝时，可按
下述近似方法估算冷凝强度和采暖 期保温层材料湿度的增量。
◆ 冷凝界面
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移
单位：g/m· h· Pa
油毡
μ=0.00018
静止空气
μ=0.018
不渗透蒸汽
玻璃棉
μ=0.065
玻璃和金属
Hale Waihona Puke Baidu
垂直空气间层和热流由下向上的水平间层

μ=0.135
应指出，材料的蒸汽渗透系数还与温度和相对湿度有关， 计算中采用的是平均值。
2 采暖期内保温层材料湿度(重量湿度)的 g/m 增量为：
?
c,0 24c Zh

c,0
1000di i
100(%)
百分比，重量 湿度
换算系数，g→kg
24c Z h 100(%) 1000d i i
保温层厚度，m
保温材料的干密度，kg/m3
应指出，上述的估算是很粗略的，当出现内部冷凝后，必须考虑冷凝范围内的液 相水分的迁移机理，方能得出较精确的结果。
图4-6 外墙结构
1-石灰砂浆 20 2-泡沫混凝土 （ρ=500kg/m3）50 3-振动砖板 140
（2）计算室内外空气的水蒸汽分压力
（3）计算围护结构内部各层的温度和水蒸汽分压力
（4）计算冷凝强度
5分钟！
4. 建筑围护结构的传湿与防潮
4. 建筑围护结构的传湿与防潮
4.1 建筑围护结构的传湿 4.2 围护结构的防潮 4.3 夏季结露与防止措施
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿
4.1.1 材料的吸湿特性 4.1.2 围护结构中的水分转移 4.1.3 内部冷凝的检验
吸湿硅胶
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.1 材料的吸湿特性
空气湿度 材料的等温吸湿曲线

4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.1 材料的吸湿特性 建筑材料吸收的水分，是

靠着水分子与材料骨架表 面分子之间的分子作用力， 以及水的表面张力作用保 持在材料内部。 水分子与材料固体骨架之间 的结合能量取决于材料含水 量的多少。当含水量很低时， 水分子与材料的结合是非常 牢固的。在严重受潮的材料 中，结合就较弱，所以水分 较易自由的迁移。

Ps ,c PB H 0 ,e
在冷凝界面蒸汽流入一 侧的蒸汽渗透阻， m2· h· Pa/g
在冷凝界面蒸汽流出一 侧的蒸汽渗透阻， m2· h· Pa/g
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验
采暖期内总的冷凝量的近似估算值为：
计算采暖期天数， day
换过程之间的相互影响。
对于围护结构，稳态下纯蒸汽渗透过程的计算 与稳定传热的计算方法完全相似
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移

稳态条件下，通过围护结构的 蒸汽渗透量，与室内外的水蒸 气分压力差成正比，与渗透过 程中受到的阻力成反比。即
围护结构的蒸汽渗透过程 与传 热过 程计 算相 似！
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移
与“对流换热热阻”类比 与“导热热阻”类比

由于围护结构内外表面的湿转移阻，与结构材料层的蒸 汽渗透阻本身相比是很微小的，所以在计算总蒸汽渗透
阻时可忽略不计。

围护结构内外表面的水蒸气分压力可近似取为Pi和Pe，围
◆湿度过大使围护结构发生冷凝的可能增大，会 影响其热工性能
4.建筑围护结构的传湿与防潮
◆冷凝：当物体表面温度低于与之相接触的空气 露点温度时，出现冷凝水的现象。
◆外围护结构的冷凝可分两种情况：
表面凝结 内部凝结
4.建筑围护结构的传湿与防潮

表面凝结，就是在外围护结构表面上出现凝结水， 其原因是由于水蒸气含量较多而温度高的空气遇到 冷的表面所致；
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验
例4-1 试检验图4-6所示的外墙结构是否会产生内 部冷凝，若产生冷凝，试计算冷凝强度。已知 ti=16℃，φi=60% ，采暖期室外平均气温te= - 4.0℃ ， 平均相对湿度 φi=50%。
解：（1）计算各分层的热阻和水蒸汽渗透阻
显然，当出现内部冷凝时，冷凝界 面处的水蒸汽分压力已达到该界面 温度下的饱和水蒸汽分压力Ps,c。
分压力较高一侧空 气的水蒸汽分压力， Pa
1 2
冷凝界面处的饱和 水蒸汽分压力，Pa 分压力较低一侧空 气的水蒸汽分压力， Pa
则，冷凝强度为：
c 1 2
PA Ps ,c H 0 ,i

内部凝结，是当水蒸气通过外围护结构时，遇到结
构内部某个冷区温度达到或低于露点时，水蒸气即
形成凝结水，外围护结构内部受潮，是最不利的。
一般的采暖房屋，允许在围护结构内部出现少量的冷凝水，在暖季会蒸发出 去，但保温材料因内部冷凝受潮而增加的湿度不能超过一定的标准！！！
4.建筑围护结构的传湿与防潮

外围护结构的湿状况主要决定于下列因素：
◆水分迁移

当材料湿度<最大吸湿湿度时
经蒸发，后以气态形式沿水蒸汽分压力降低的方向
空气湿度
材料中的水分尚属吸附水，这种吸附水分的迁移，是先

当材料湿度>最大吸湿湿度时
材料内部就会出现自由水，这种液态水将从含湿量高的 部位向低的部位产生毛细迁移
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移

外围护结构的水分迁移
当室内外空气的水蒸气含量不等时， 在外围护结构的两侧就存在着水蒸气分 压力差，水蒸气分子将从压力较高的一 侧通过围护结构向低的一侧渗透扩散。 若设计不当，水蒸汽通过围护结构 时，会在材料的孔隙中凝结成水或冻结 成冰，造成内部冷凝受潮。
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移 目前，在建筑设计中对围护结构的湿状况，还是采用粗略的分 析方法，即按稳定条件下单纯的水蒸汽渗透过程考虑。 1）即在计算中，室内外空气的水蒸汽分压力都取为定值， 不随时间改变； 2）不考虑围护结构内部液态水分的转移，也不考虑热湿交
◆ 所以在设计之初，应分析所设计的构造方案是否会产生内部冷凝现象， 以便采取措施加以消除，或控制其影响程度
4.建筑围护结构的传湿与防潮 φ=(P／Ps)×100% 4.1 建筑围护结构的传湿 4.1.3 内部冷凝的检验

Pi Pe
Pi Pe
判断围护结构内部是否会出现冷凝现
象，可按下述步骤进行：
(1)根据室内外空气的温度和湿度确定室内外水
4.建筑围护结构的传湿与防潮 4.1 建筑围护结构的传湿
4.1.1 材料的吸湿特性 4.1.2 围护结构中的水分转移 4.1.3 内部冷凝的检验
4.外围护结构的湿状况 4.2 外围护结构中的水迁移 4.1.2 围护结构中的水分迁移
热量传递的动力 是什么？

当材料内部存在压力差（分压力或总压力）、湿 度差（材料含湿量）和温度差时，均能引起材料 内部所含水分的迁移，从高势位面向低势 位面转移。
4.1 建筑围护结构的传湿 4.2 围护结构的防潮 4.3 夏季结露与防止措施
4.建筑围护结构的传湿与防潮
防潮
耐久性
保温性能
室内环境品质
客 观 现 实
空气含有水蒸气 室内外温度变化
围护结构表面或 内部产生凝结
4.建筑围护结构的传湿与防潮
◆湿度的必要性
人体舒适要求空气保持一定的相对湿度,湿度过大 或过小会影响舒适度。 室内外环境需保持一定的湿度，如家具、材料等 保持其物理性能所需，但需适中。
本科生课程
建筑物理（热）
---建筑热工学
（Building Thermal Engineering ）
展长虹 （教授/博导）
哈尔滨工业大学 · 建筑学院
课程目录
绪论
1. 2.
3.
4. 5.
建筑热工基础知识 建筑围护结构的传热计算与应用 建筑保温与节能 建筑围护结构的传湿与防潮 建筑防热与节能
4. 建筑围护结构的传湿与防潮