農宅返潮熱過程分析及改善措施研究

謝勇 羅清海 龍正熠 李光輝

南華大學土木工程學院 湖南 衡陽 421001

1 室內返潮現象及其危害

1.1 室內返潮現象

室內潮濕對室內建筑、人員舒適性產生了嚴重影響，下表1是室內潮濕常見原因。

表1 室內潮濕的常見原因

從表中可以看出，室內返潮是一種常見冷凝結露現象，返潮會對建筑物和人居生活造成嚴重影響[2]。

1.2 室內返潮的危害

梅雨時期，由于降雨量大、溫度高、濕度大，會使得農宅底層地面出現嚴重返潮結露情況。空氣濕度達到一定程度，地板和墻壁會出現結露乃至淌水。室內相對濕度與住宅建筑環境的關系見表2所示。

表2 相對濕度對住宅建筑環境影響

從表中可以看出，空氣相對濕度超過75%以后，住宅壁面會出現細菌滋生和返潮結露情況。

室內濕度與人體健康之間的關系見表3所示。

表3 相對濕度與人體健康的關系

從表中可以看出，房間內相對濕度超過80%以后，人會出現各種不舒適感。

綜合以上兩個表格，返潮對建筑環境的危害，主要體現在以下幾方面：

1.2.1 建筑能耗。建筑圍護結構中濕組分積累會導致圍護結構材料的含水率和導熱系數增加，從而會導致建筑的保溫特性削弱。

1.2.2 建筑耐久性。室內常年相對濕度過高，建筑內表面會更容易出現返潮。會導致木制家具受潮和發霉，家裝材料的變形翹曲，嚴重影響建筑材料的機械強度，大大降低建筑的使用壽命。

1.2.3 人體舒適度。在高溫環境下，人體可以通過排汗來保持熱平衡，室內濕度過高會影響皮膚水分。因此，當溫度較高時，較高相對濕度會使人體感到悶熱，引起人煩躁不適[3]。

2 荊州地區農宅返潮熱過程分析

荊州地區地處湖北省南部，是典型的夏熱冬冷地區，每當梅雨季節來臨時，農宅內往往出現嚴重的返潮現象。比如墻面發霉、瓷磚返潮、地面淌水、壁面返堿、衣柜發霉等。

荊州廣大農村地區建房主要依靠平時經驗，這樣一來很難保證室內熱環境的舒適度，使得返潮現象給農宅衛生安全帶來了嚴重影響。所以在這樣背景下對于室內返潮熱過程分析研究顯得尤為重要[4]。

2.1 濕空氣返潮現象原理及其影響因素

根據熱力學原理，當濕空氣中水蒸氣的分壓力pq達到一定溫度下水蒸氣的飽和分壓pqb時，水蒸氣通過放熱凝結成水。結露條件可表示為：

當濕空氣與冷固體表面接觸時，如果表面溫度θi，露點溫度為td，則壁面結露也可表示為：

所以，返潮結露現象實際是高溫高濕空氣碰到冷壁面產生的一種自然現象。它介于珠狀凝結和膜狀凝結之間[5]。

珠狀冷凝和膜狀冷凝不是完全隔離的，從液滴與冷壁的接觸角θ可以得出以下結論。如下圖1所示：

圖1 不同接觸角θ的凝結液滴分布狀態圖

2.1.1 當θ=0時，為完全的膜狀凝結，液滴半徑R與接觸半徑r趨于無窮大。

2.1.2 當0°＜θ＜90°時，為膜狀凝結到珠狀凝結的過渡狀態，R趨于有限值，且r＞R。

2.1.3 當θ=90°，仍然為膜狀凝結到珠狀凝結的過渡狀態,R趨于有限值,但r=R。

2.1.4 當90°＜θ＜180°，為膜狀凝結到珠狀凝結的凝結狀態，R趨于有限值，r＜R。

2.1.5 當θ=180°，為完全珠狀冷凝，R趨于有限值，但r趨于0。

因此：實際珠狀冷凝液滴的接觸角在90°到180°之間。影響實際珠狀凝結的因素：

2.1.5.1 冷凝表面的清潔度。冷凝表面的污染程度越大，珠狀冷凝就越明顯。

2.1.5.2 凝結表面的粗糙度，如果凝結表面出現凹陷或溝壑，會影響珠狀凝結中心，而溝壑或凹陷地方是發生珠狀凝結的主要區域，也是結露的主要區域。

2.1.5.3 露水的清潔。如果能及時清除凝結表面的露水，凝結的平均速度就會提高，結露量就會大大增加。

此外，冷凝表面壁溫、蒸汽流速、冷凝蒸汽中不凝性氣體的含量、濕空氣的熱物性參數等也會影響實際珠狀凝結現象[6]。

研究實際返潮結露情況同時改善珠狀凝結狀態，對于改善室內返潮至關重要。

2.2 產生返潮的焓濕圖分析

在房間壁面冷卻過程中，濕空氣降溫而釋放出能量，只要冷源的溫度比濕空氣的露點溫度高，在冷卻過程中沒有凝結水的產生，因而含濕量不變，是一個等濕冷卻過程，從下圖2的焓濕圖可以看出，冷卻的結果是t2＜t1，h2＜h1，Φ2＞Φ1，熱濕比Σ=-∞，濕空氣在冷卻過程中所放出的熱量為q=h2-h1（kJ/kg）。

圖2 濕空氣焓濕圖

若冷源溫度低于房間濕空氣露點溫度td時，則直接與冷卻壁面接觸的部分濕空氣中的水蒸氣會出現凝結[7]。這種冷卻過程叫去濕冷卻，也是圍護結構壁面出現凝結水的原因。在去濕冷卻過程中，▽h＜0，▽d＜0，故熱濕比Σ＞0，濕空氣在去濕冷卻過程中放出熱量為析出的水分：

3 室內返潮解決措施

3.1 采用熱惰性小的材料作地面面層

表4 生活中常見地面面層材料

從表中可以看出：水泥地、瓷磚易出現返潮，作為地面面層時需做防潮處理；三合土、木地板熱惰性小，不易凝結，作為防潮材料較好[8]。

3.2 合理選擇除濕方式

表5 常見除濕方式及其優缺點

由以上各種除濕方式結合荊州地區的農村住宅建筑的特點：其梅雨季節時期長期處于高濕狀態，單獨住戶處理的濕空氣量并不是特別大，維護管理必須簡單易，綜合比較各種除濕方式的優缺點，最終選擇利用通風除濕（自然通風和機械通風）和利用可持續資源進行除濕的方式，對于維護環境友好型社會至關重要[9]。

3.3 合理組織間歇通風

當發生梅雨季節，室外空氣處在濕度較高狀態時，應及時關緊門窗來減少通風，盡量避免外部高溫高濕空氣與室內冷壁相互接觸，保持室內干燥；當室外處在干燥環境時，此時應打開門窗進行通風，將有助于室內除濕、干燥和防止地面漲潮結露[10]。

4 結束語

室內返潮對于人們的生活和身心健康及建筑物的耐久性都帶來了巨大困擾，我們應該從源頭上減少室內返潮帶來的影響，需要提高房間室內壁面的溫度：研究出利用太陽能、地熱能等可持續資源來提高室內壁溫從而減少返潮產生：利用除濕機、空調、開窗方式改善室內的濕度。同時我們也要進一步研究返潮的形成機理，為生活中改善返潮提供理論指導。在生活中，我們也需要保持良好的開窗習慣和科學的防潮習慣。