内容提要：其中Pin、Pout分别为室内室外水蒸气分压力，可根据室内外温度及相对湿度计算得到，μi为第i层保温板水蒸气渗

建筑能耗占社会总能耗比例在30%左右[1]，降低建筑能耗对于社会绿色可持续发展有重要意义。在此背景下德国Feist教授提出的被动式低能耗建筑理念，对于降低建筑能耗、减轻环境污染具有极大的积极作用。根据相关标准要求，被动式低能耗建筑采暖/制冷需求为15W/(m²a)，相较传统建筑其能耗明显降低[2]。

降低建筑能耗关键在于降低建筑与环境之间的热量耗散，而外墙处热量耗散在建筑整体热量耗散中占比最大，改善外墙的保温措施可以明显提高建筑节能效果。目前外墙保温多采用多孔材料，是指多孔固体骨架构成的孔隙空间中充满单相或多相介质，固体骨架遍及多孔介质所占据的体积空间，孔隙空间相互连通，其内的介质可以是气相流体、液相流体或气液两相流体[1,3]。其孔隙处水分的蒸发-冷凝过程，会对材料的保温性能产生明显影响，并可能对材料造成结构性破坏，故需要对保温材料内部冷凝问题进行研究。

1分析方法及设计计算参数

1保温结构内部冷凝问题分析方法

其中q为热流强度，Tin、Tout分别为室内室外温度，hin、hout分别为室内外墙壁处换热系数，n为外墙保温板层数，从1开始计数，δi为第i层保温板厚度，λi为第i层保温板导热系数，ai为第i层保温板导热系数的修正系数，Tj为第j界面温度，从1开始计数。

根据各界面温度计算结果可进一步获得该界面处饱和蒸汽压ps，即为该温度下所能蕴含的水蒸气最大量。

根据Galser提出的稳态蒸汽渗透模型[4,5]计算水蒸气一维无源渗流过程中各界面的水蒸气压力公式如下：

其中Pin、Pout分别为室内室外水蒸气分压力，可根据室内外温度及相对湿度计算得到，μi为第i层保温板水蒸气渗透系数，Pj为第j界面水蒸气分压力。

如果界面处水蒸气分压力计算值大于该界面处饱和水蒸气分压力，则表明该界面处水蒸气出现冷凝现象。当出现冷凝现象时，根据公式(4)、公式(5)计算冷凝界面的冷凝强度和保温层材料重量湿度增量。

其中ωj为j界面的冷凝强度，Pj-1、Pj+1分别为j-1、j+1界面的实际水蒸气分压力，Pj.s为j界面饱和蒸汽压，δj-1、δj分别为j-1、j层保温板厚度，μj-1、μj分别为j-1、j层保温板水蒸气渗透系数，∆ω为保温层材料重量湿度增量，Z为采暖期天数，ρi为保温材料密度。

2设计计算参数

表1三个典型城市冬季室内外气象参数和热工设计参数

3材料物理性质

本研究中所选取的材料种类及其物理性质见表2，其中岩棉条和石墨聚苯板的导热系数比较低，是围护结构保温的关键材料；但是岩棉条蒸汽渗透系数较高，不利于防止水蒸气渗透，石墨聚苯板水蒸气渗透系数较低，有利于防止水蒸气渗透。

表2保温材料基本物理性质

2计算与分析

1围护结构具体构造及热工性能

设计计算结果如表3所示，进而可计算出各层材料的热阻、蒸汽渗透阻及围护结构总热阻、总蒸汽渗透阻，如表4所示。可见，在寒冷地区和严寒地区，由单层岩棉条结构构成的围护结构中，岩棉条的厚度均已超过300mm；而石墨聚苯板的加入有利于减少围护结构总厚度，在三种典型气候区，由岩棉条-石墨聚苯板双层结构构成的围护结构中，关键保温材料总厚度均小于300mm。

表3围护结构构造及分层热阻和蒸汽渗透阻

表4围护结构总厚度、总热阻及总蒸汽渗透阻

为了便于分析说明，将围护结构界面由内向外依次编号，如图1所示。

图1围护结构界面划分示意图

图2单层岩棉条结构饱和蒸汽压及实际蒸汽压分布

2饱和蒸汽压和实际蒸汽压分布

3结论

（1）在外墙传热系数相同的情况下，石墨聚苯板的加入有利于减少围护结构总厚度；

（2）围护结构材料的排序对内部冷凝现象有明显影响，最容易出现冷凝的界面位于关键保温材料低温侧，故应在保温材料前加入蒸汽渗透阻高的材料，有利于降低冷凝现象出现的可能性；

（3）在满足被动式低能耗建筑外墙传热系数要求的情况下，由单层岩棉条结构和岩棉条-石墨聚苯板双层结构构建的被动式低能耗建筑外围护结构，在三种典型气候区冬季时，均未出现冷凝现象；

图3岩棉条-石墨聚苯板双层结构饱和蒸汽压及实际蒸汽压分布

（4）从内部冷凝角度分析，单层岩棉条结构和岩棉条-石墨聚苯板双层结构均可作为被动式低能耗建筑的外墙保温结构。

参考文献

[1]贾子乐.建筑外围护结构热湿状态分析研究[D].北京交通大学，2010.

[2]DB13(J)/T177-2015被动式低能耗居住建筑节能设计标准[S].

[3]戴绍斌,杨龙,黄俊,倪青荣.夏热冬冷地区外墙保温体系有限元分析[J].新型建筑材料,2014,41(12):17-19.

[4]冯驰,冯雅,孟庆林.加气混凝土蒸汽渗透系数的变物性取值方法[J].土木建筑与环境工程.2013,35(5):132-6.

[5]GB50176-2016民用建筑热工设计规范[S].

[6]被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑)[S].

[7]GB50011–2010建筑抗震设计规范[S].

[8]16J908-8被动式低能耗建筑-严寒和寒冷地区居住建筑[S].

[9]GB50016-2014建筑设计防火规范[S].