調(diào)濕材料及其應(yīng)用于輻射供冷防結(jié)露中的研究現(xiàn)狀與展望

隋學(xué)敏 張展鵬 杜澤政 韓 兵 宇森鋒

（長(zhǎng)安大學(xué)建筑工程學(xué)院 西安 710061）

0 引言

建筑能耗是我國(guó)能源消耗的三大巨頭之一，約占全國(guó)總能耗的三分之一[1]，其中空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑能耗的70%左右[2]，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗勢(shì)在必行。空調(diào)系統(tǒng)按其末端換熱方式分為輻射空調(diào)系統(tǒng)和對(duì)流式空調(diào)系統(tǒng)。相比對(duì)流式空調(diào)系統(tǒng)，輻射系統(tǒng)因其可實(shí)現(xiàn)溫濕度獨(dú)立控制、無吹風(fēng)感、噪音小、能耗小、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。然而，輻射空調(diào)系統(tǒng)因存在結(jié)露問題制約了其推廣和應(yīng)用。

當(dāng)前主流的解決輻射供冷系統(tǒng)結(jié)露問題的方法是將輻射供冷系統(tǒng)和不同形式的新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行耦合，通過新風(fēng)系統(tǒng)消除室內(nèi)的濕負(fù)荷，從而防止輻射供冷系統(tǒng)發(fā)生結(jié)露。然而，不同形式的新風(fēng)系統(tǒng)都是通過主動(dòng)除濕方式除去室內(nèi)的濕負(fù)荷，這無疑增加了系統(tǒng)的能耗。因此，可考慮通過被動(dòng)除濕方式除去輻射供冷房間室內(nèi)濕負(fù)荷，從而降低除濕能耗。

當(dāng)前常用的濕度控制方式有冷卻除濕、液體除濕、固體吸附除濕[3]。然而近年來，各種新型材料的不斷涌現(xiàn)，增加了濕度控制的方式，如利用調(diào)濕材料控制室內(nèi)濕度。調(diào)濕材料是指不借助任何人造能源和機(jī)械設(shè)備，依靠自身的吸放濕性能，感應(yīng)所控空間的空氣濕度變化，在低濕度時(shí)放濕，在高濕度時(shí)吸濕，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度的材料[4]。顯然，調(diào)濕材料是一種被動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的技術(shù)，可考慮將其和輻射供冷系統(tǒng)結(jié)合，既可降低系統(tǒng)結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，又能降低除濕能耗。

基于上述背景，本文對(duì)調(diào)濕材料及輻射供冷系統(tǒng)防結(jié)露的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)將調(diào)濕材料控濕技術(shù)應(yīng)用于輻射供冷領(lǐng)域進(jìn)行了展望。

1 調(diào)濕材料的研究

1.1 調(diào)濕材料的調(diào)濕原理

調(diào)濕材料的調(diào)濕原理以圖1的吸放濕曲線來說明。當(dāng)空氣相對(duì)濕度超過人類居住適宜的相對(duì)濕度上限（Φ2等于60%時(shí)），調(diào)濕材料吸收空氣中的水分，其平衡含濕量急劇增加，阻止空氣相對(duì)濕度增加；當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于人類居住適宜的相對(duì)濕度下限（Φ1等于40%時(shí)），調(diào)濕材料放出其內(nèi)部的水分加濕空氣，材料的平衡含濕量迅速降低，阻止空氣相對(duì)濕度下降。只要材料的含濕量處于材料的最大平衡含濕量U2和最小平衡含濕量U1之間，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度就自動(dòng)維持在40%～60%范圍。

圖1 調(diào)濕材料的平衡吸放濕曲線[5]Fig.1 Balanced adsorption-desorption curves of humidity control materials[5]

1.2 調(diào)濕材料的分類及其合成

1.2.1 調(diào)濕材料的分類

近年來，隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)調(diào)濕材料的不斷研究，調(diào)濕材料的品種越來越多，其分類方式也越來越多，可以根據(jù)調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理、調(diào)濕基材的種類、調(diào)濕基材的制備方法對(duì)調(diào)濕材料進(jìn)行分類。根據(jù)調(diào)濕基材的制備方法可將調(diào)濕材料分為天然調(diào)濕材料和人工合成調(diào)濕材料，而人工合成調(diào)濕材料又包括無機(jī)調(diào)濕材料、有機(jī)調(diào)濕材料及復(fù)合調(diào)濕材料。各類調(diào)濕材料的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 各類調(diào)濕材料的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of various humidifying materials

1.2.2 調(diào)濕材料的合成

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者以不同的調(diào)濕基材和常用建筑材料為原材料，并加以輔助材料，合成了大量的調(diào)濕材料；同時(shí)，對(duì)所制調(diào)濕材料的調(diào)濕性能進(jìn)行測(cè)試，以探究性能較好調(diào)濕材料的合成方法，故而有必要對(duì)調(diào)濕材料的合成方法進(jìn)行總結(jié)。人工合成的調(diào)濕材料包括無機(jī)調(diào)濕材料、有機(jī)調(diào)濕材料以及復(fù)合調(diào)濕材料，本節(jié)分別對(duì)不同類型調(diào)濕材料的合成方法進(jìn)行綜述與總結(jié)。

（1）無機(jī)調(diào)濕材料的合成

無機(jī)調(diào)濕材料是以無機(jī)礦物為調(diào)濕基材、以常用建筑材料為主要輔助材料，通過一定的制備工藝合成的。為了得到性能較好的無機(jī)調(diào)濕材料，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)無機(jī)調(diào)濕材料的合成工藝及材料配比進(jìn)行了大量的研究。鄭佳宜等[6]首先研究了硅藻土用于制作調(diào)濕材料的最佳煅燒時(shí)間以及煅燒溫度，然后以硅藻土為調(diào)濕原材料，以水泥、石膏、粉煤灰、楊樹木粉為輔助材料制成硅藻土基調(diào)濕材料，并測(cè)試其調(diào)濕性能，以探究各組分的最佳配比。閆杰等[7]以石膏、水泥和石灰為膠結(jié)材料，以吸附性能好的植物纖維、活性炭和高嶺土為調(diào)濕材料，制作了無機(jī)調(diào)濕建筑材料，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以探究各組分的最佳配比。李景潤(rùn)等[8]通過細(xì)度處理、煅燒處理、酸處理等方法對(duì)硅藻頁巖進(jìn)行提純，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其所制無機(jī)調(diào)濕材料的調(diào)濕性能進(jìn)行測(cè)試以確定硅藻頁巖的最佳提純工藝。王羽等[9]以硅藻土作為硅質(zhì)材料、生石灰為鈣質(zhì)材料，以石膏、水泥、纖維、硅灰石等為輔助材料，水熱合成硅藻土調(diào)濕板材，通過實(shí)驗(yàn)探究了制作調(diào)濕板材的最佳工藝和最佳原材料配比。Sagae 等[10]以沸石替代不同量的沙子，制作了沸石基調(diào)濕材料以探究沸石的合理用量。Zhou 等[11]以天然礦物沸石、水泥、粉煤灰、楊樹纖維素、防霉抗菌物質(zhì)為原材料，將其按不同的比例混合以探究各組分的用量對(duì)調(diào)濕材料調(diào)濕性能的影響。Chen 等[12]以硅藻土為基材、玻璃粉作為膠結(jié)材料、拋光石粉和粉煤灰為摻和材料，制備了硅藻土基調(diào)濕板材，通過實(shí)驗(yàn)研究了各摻合料的用量和焙燒溫度對(duì)硅藻土基調(diào)濕板材調(diào)濕性能的影響，以確定制備硅藻土基調(diào)濕板材的最佳原料配比和最佳工藝條件。Yang 等[13]通過實(shí)驗(yàn)研究了四種硅藻土基調(diào)濕材料的平衡吸放濕量、等溫吸放濕速率、循環(huán)吸放濕性能，以探究硅藻土基調(diào)濕材料的制作工藝。Gonzalez 等[14]以活性炭、海泡石和其他輔助材料為原材料，制備了海泡石-活性炭顆粒，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)所制調(diào)濕顆粒的調(diào)濕性能進(jìn)行測(cè)試以確定各材料的合理用量。呂榮超等[15]將海泡石、硅藻土、沸石三種無機(jī)礦物材料分別和白水泥以不同比例的混合，制成多種板狀無機(jī)調(diào)濕材料并探究其調(diào)濕性能，以確定各材料的最佳配比。

上述學(xué)者對(duì)無機(jī)調(diào)濕材料合成工藝及其材料配比的研究表明：①制備無機(jī)調(diào)濕材料時(shí)，常用的無機(jī)礦物材料包括硅藻土、沸石、海泡石、高嶺土、蒙脫土，常用的輔助材料包括水泥、沙子、纖維等；②制備無機(jī)調(diào)濕材料的過程如下：首先對(duì)一種或多種無機(jī)礦物調(diào)濕原材料進(jìn)行細(xì)度處理、煅燒處理、酸處理等，之后將其和水泥、沙子等建筑材料混合制成具備調(diào)濕功能的調(diào)濕砂漿、調(diào)濕板材等，最后對(duì)所制調(diào)濕材料的調(diào)濕性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，以確定高性能調(diào)濕材料的最佳制備工藝和最佳材料配比。

（2）有機(jī)調(diào)濕材料的合成

有機(jī)調(diào)濕材料常由具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超強(qiáng)吸水性樹脂如淀粉、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯腈等構(gòu)成，相比于無機(jī)調(diào)濕材料，有機(jī)調(diào)濕材料的主要特點(diǎn)是濕容量大。近年來，為了開發(fā)高濕容量調(diào)濕材料，有關(guān)有機(jī)調(diào)濕材料的研究越來越多。例如，楊海亮等[16]以聚丙烯酸鈉、丙烯酰胺、過硫酸鉀、氯化鋁等為原料，采用二次致孔法制備了多孔樹脂，并通過實(shí)驗(yàn)探究了氯化鋁的用量對(duì)多孔樹脂調(diào)濕性能的影響，以確定氯化鋁的合理用量。曹嘉洌等[17]以殼聚糖、丙烯酸、過硫酸鉀、碳酸鉀、乙酸鉀、無水硫酸鈉為原料制備了殼聚糖基調(diào)濕材料，并通過實(shí)驗(yàn)探究了制備殼聚糖基調(diào)濕材料時(shí)各材料的最佳用量范圍。劉川文等[18]以聚乙烯醇、順丁烯二酸酐、甲苯、丙酮等為原料制備了吸附性樹脂，并通過實(shí)驗(yàn)探究了其調(diào)濕性能。Zhang 等[19]以丙烯酸酯和其他材料為原材料，制備了無皂乳液，并探究了材料的配比對(duì)乳液性能的影響。

（3）復(fù)合調(diào)濕材料的合成

由表1總結(jié)可知，無機(jī)調(diào)濕材料具有吸放濕速度快、濕容量小的特點(diǎn)，而有機(jī)調(diào)濕材料具有濕容量大、放濕速度慢的特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)單一調(diào)濕材料難以同時(shí)滿足高濕容量、吸放濕速度快的要求。針對(duì)這一問題，近年來，越來越多的學(xué)者將不同類型的調(diào)濕材料進(jìn)行復(fù)合，以制備具有濕容量大、吸放濕速度快的多功能復(fù)合調(diào)濕材料。例如，姜洪義等[20]以丙烯酸、丙烯酰胺、沸石、高嶺土為原料制備了濕容量大、吸放濕速度快的復(fù)合調(diào)濕材料。黃季宜等[21]以高分子樹脂和無機(jī)材料為原材料制備了復(fù)合調(diào)濕劑，其調(diào)濕時(shí)間大大減少。Park 等[22]以生物炭、沸石、水泥、沙子為原料制備了生物炭復(fù)合調(diào)濕材料。王穎娟等[23]以木質(zhì)纖維、膨脹珍珠巖、海泡石、可再生分散性乳膠粉、聚丙烯纖維、水泥為原材料，配制了兼具調(diào)濕保溫功能多功能砂漿。劉永超等[24]以海泡石粉、木質(zhì)纖維、膨脹珍珠巖和水泥為原料，制成兼具保溫調(diào)濕功能的復(fù)合砂漿。Chen 等[25]以甲基三乙氧基硅烷為相變?cè)希院Ｅ菔头惺癁槲鼭癫牧希苽淞艘环N新型相變調(diào)溫調(diào)濕材料。He 等[26]以石膏、沸石、膨脹蛭石和貝殼粉為基質(zhì)，將相變微膠囊以不同的質(zhì)量和各種基質(zhì)混合，制備出一系列具有獨(dú)特基質(zhì)的復(fù)合相變調(diào)濕材料。張浩等[27]對(duì)相變材料和調(diào)濕材料進(jìn)行復(fù)合，制備相變調(diào)濕復(fù)合材料。Ren 等[28]以鈦酸四丁酯溶液、無水乙醇溶液、硝酸銀溶液、硝酸溶液、甲醛溶液為原材料，合成了負(fù)載銀摻雜二氧化鈦的竹炭顆粒，之后將水泥、硅藻土和竹炭顆粒以不同的比例混合，制備了兼具吸濕和除甲醛性能的多功能水泥基砂漿。

綜上所述，當(dāng)前學(xué)者對(duì)復(fù)合調(diào)濕材料的研究主要集中于兩方面：①將無機(jī)調(diào)濕材料和有機(jī)調(diào)濕材料復(fù)合或?qū)⒍喾N無機(jī)調(diào)濕材料復(fù)合以制備濕容量大、吸放濕速度快的復(fù)合調(diào)濕材料；②將功能不同的無機(jī)材料或有機(jī)材料和調(diào)濕材料復(fù)合，以制備多功能調(diào)濕材料，如將相變材料和調(diào)濕材料復(fù)合以制備調(diào)溫調(diào)濕材料、將保溫材料和調(diào)濕材料進(jìn)行復(fù)合以制備保溫調(diào)濕材料。

1.2.3 總結(jié)

調(diào)濕材料研究領(lǐng)域，調(diào)濕材料的合成是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注較多的重要研究點(diǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者合成的調(diào)濕材料主要為三類，分別是無機(jī)調(diào)濕材料、有機(jī)調(diào)濕材料以及復(fù)合調(diào)濕材料。無機(jī)調(diào)濕材料的研究集中于確定高性能無機(jī)調(diào)濕材料的最佳制備工藝和最佳材料配比，有機(jī)調(diào)濕材料的研究集中于確定高濕容量有機(jī)調(diào)濕材料的最佳材料配比，復(fù)合調(diào)濕材料的研究集中于制備濕容量大、吸放濕速度快同時(shí)兼具多功能的復(fù)合調(diào)濕材料。

1.3 調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)

當(dāng)前主要采用材料吸放濕量的大小和吸放濕速度對(duì)調(diào)濕材料的調(diào)濕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，前者反應(yīng)材料的吸放濕能力，后者反應(yīng)材料響應(yīng)濕度變化的快慢[29]。在此基礎(chǔ)上，先后有多種評(píng)價(jià)指標(biāo)被不同的學(xué)者提出，如表2所示。

表2 現(xiàn)有調(diào)濕材料的評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 2 Evaluation indicators of existing humidifying materials

牧福美他等[30]在僅考慮濕傳遞的基礎(chǔ)上提出了采用水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)D和最大平衡含濕量Umax作為調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。池田哲朗等[31]考慮了溫度對(duì)傳濕的影響，對(duì)處于靜態(tài)熱平衡的調(diào)濕材料，提出了使用最大平衡含濕量以及平衡含濕量對(duì)溫度和濕度的變化率作為調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。小野公平[32]、大釜敏正[33]、冉茂宇[29]等在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)態(tài)過程中調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，并分別提出了不同的觀點(diǎn)。小野公平等[32]提出把密閉空間中溫度波動(dòng)引起的材料單位表面積的吸放濕量F 作為調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)F 與溫度波動(dòng)的幅度和周期有關(guān)，故而F 不是材料的特有屬性。在小野公平實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大釜敏正等[33]發(fā)現(xiàn)封閉空間中絕對(duì)濕度的對(duì)數(shù)和平衡溫度有近似線性關(guān)系，進(jìn)一步提出采用B 指標(biāo)來衡量材料的調(diào)濕能力。冉茂宇等[29]從熱力學(xué)兩相平衡的角度出發(fā)，對(duì)B 指標(biāo)進(jìn)行了理論驗(yàn)證，指出B 指標(biāo)反映了材料與水分的結(jié)合能力，其值取決于結(jié)合能的大小；隨后通過引入波動(dòng)溫度，在B 指標(biāo)的基礎(chǔ)上提出了采用BT指標(biāo)來評(píng)價(jià)調(diào)濕材料的調(diào)濕性能。BT 指標(biāo)是基于所調(diào)節(jié)的目標(biāo)溫度和波動(dòng)溫度而得到的，較B 值更為合理準(zhǔn)確。Rode 等[34]從調(diào)濕材料的吸放濕對(duì)周圍環(huán)境的影響入手，提出了濕緩沖值（MBV）的概念并給出了其計(jì)算關(guān)聯(lián)式。謝昊巖等[35]通過分析指出濕傳遞只能在材料的孔內(nèi)進(jìn)行，材料的固相基體無法進(jìn)行濕傳遞，在此基礎(chǔ)上對(duì)濕緩沖值（MBV）的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行了修正，修正結(jié)果顯示所有材料濕緩沖值的相對(duì)誤差有了明顯的減小。石誠(chéng)楠等[36]以現(xiàn)有調(diào)濕材料評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)模型為基礎(chǔ)，在濕緩沖理論的背景下考慮了實(shí)際應(yīng)用因素（如室內(nèi)的換氣次數(shù)、調(diào)濕材料面積與房間體積比以及室內(nèi)濕源等），提出了實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中調(diào)濕材料濕緩沖性能的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)MBEa和MBEd，其中MBEa表示吸濕效果指標(biāo)，MBEd表示放濕效果指標(biāo)，且MBEa和MBEd的數(shù)值越大，則表明使用調(diào)濕材料后室內(nèi)濕度的變化值越小。

總結(jié)上述文獻(xiàn)，調(diào)濕材料調(diào)濕性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注較多的研究點(diǎn)之一。早期首先被提出的是沒有考慮溫度影響的靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，接著在密閉空間實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究者們給出了考慮溫度時(shí)的靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果提出了新的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即濕緩沖值（MBV）這一評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)MBV 評(píng)價(jià)指標(biāo)也是當(dāng)前應(yīng)用最廣的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.4 調(diào)濕材料應(yīng)用效果研究

為了探究調(diào)濕材料的實(shí)際應(yīng)用效果，許多學(xué)者對(duì)應(yīng)用調(diào)濕材料的房間進(jìn)行了仿真研究，以確定調(diào)濕材料對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境及供冷供熱能耗的影響，常用的研究方法有數(shù)值計(jì)算和軟件模擬。采用數(shù)值計(jì)算時(shí)，常用的數(shù)值模型有有效濕滲透厚度模型、空間濕容模型和體積平均模型；采用軟件模擬時(shí)，常用的模擬軟件有TRNSYS、Energyplus、Comsol、WUFI 等。

1.4.1 基于數(shù)值計(jì)算的調(diào)濕材料應(yīng)用效果研究

目前，有許多學(xué)者自建模型采用數(shù)值計(jì)算研究了調(diào)濕材料的實(shí)際應(yīng)用效果及其對(duì)供冷、供熱能耗的影響。例如，Osanyintola 等[37]建立了熱濕傳遞的體積平均模型，并探究了房間僅有通風(fēng)的情況下，應(yīng)用調(diào)濕材料對(duì)供冷、供熱能耗的影響，研究表明與不應(yīng)用調(diào)濕材料的工況相比，應(yīng)用調(diào)濕材料后室內(nèi)冬季供熱能耗降低高達(dá)5%，夏季供冷能耗降低高達(dá)30%。鄭佳宜等[6]采用有效濕滲透厚度模型計(jì)算了室內(nèi)周期性濕負(fù)荷作用下，調(diào)濕材料對(duì)封閉空間和自然通風(fēng)空間的濕度調(diào)節(jié)能力，結(jié)果表明調(diào)濕材料可以將室內(nèi)相對(duì)濕度控制在50%左右。Qin 等[38]對(duì)恒溫通風(fēng)空間建立了室內(nèi)濕平衡模型，探究了調(diào)濕材料在不同氣候區(qū)的濕度控制能力，模擬結(jié)果表明調(diào)濕材料只要能適當(dāng)再生，就能有效抑制室內(nèi)濕度的波動(dòng)，并在大多數(shù)氣候條件下保持室內(nèi)相對(duì)濕度在理想范圍內(nèi)。

1.4.2 基于軟件模擬的調(diào)濕材料應(yīng)用效果研究

除自建模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算之外，亦有諸多學(xué)者采用商業(yè)軟件對(duì)調(diào)濕材料的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了探究。Park 等[22]將生物炭調(diào)濕材料應(yīng)用于裝有空調(diào)系統(tǒng)的房間后，采用WUFI 軟件對(duì)調(diào)濕材料的應(yīng)用效果進(jìn)行模擬研究，模擬結(jié)果表明與普通墻體材料相比，含生物炭調(diào)濕材料的墻體其含水量較低，室內(nèi)的除濕/加濕量降低，有節(jié)能的潛力。劉永超等[24]使用Comsol 軟件對(duì)調(diào)濕層使用不同材料的墻體的吸放濕過程進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明調(diào)濕墻體的濕交換量明顯大于普通墻體。Fo?t 等[39]用不同量的硅藻土基相變調(diào)濕材料替代墻體內(nèi)表面抹灰層中不同量的石膏，然后采用HMS 軟件作為仿真工具，同時(shí)以有限元軟件SIFEL 為主要求解器，對(duì)新型墻體的節(jié)能潛力進(jìn)行研究，研究表明添加調(diào)濕相變材料后墻體的節(jié)能量在6%到12%之間，具體節(jié)能量與建筑所屬氣候區(qū)有關(guān)。Li 等[40]使用Energyplus軟件研究了室內(nèi)木制家具的濕容性對(duì)室內(nèi)濕度的影響，結(jié)果表明室內(nèi)家具的濕容性對(duì)室內(nèi)相對(duì)濕度的影響只有2%左右，但家具的蓄熱能力，卻增加了10%左右的顯熱負(fù)荷。Yu 等[41]使用Energyplus軟件模擬研究了調(diào)濕材料對(duì)建筑能耗的影響，結(jié)果表明調(diào)濕材料的使用可使空調(diào)能耗降低12%左右。Fraine 等[42]使用Comsol 軟件研究不同材料對(duì)墻體熱濕傳遞性能的影響，模擬結(jié)果表明，采用相變調(diào)濕材料替代EPS，可以節(jié)省約50%的能耗。Künzel等[43]采用WUFI 軟件模擬了有調(diào)濕材料和無調(diào)濕材料時(shí)室內(nèi)的溫濕度，模擬結(jié)果表明兩房間的溫度幾乎沒有差別，但兩房間的濕度卻有很大的差別，說明了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水分緩沖效應(yīng)對(duì)室內(nèi)的相對(duì)濕度有很大影響。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)調(diào)濕材料在建筑中的應(yīng)用效果進(jìn)行了較為廣泛的研究，調(diào)濕材料一般應(yīng)用在墻體中做成調(diào)濕墻體。諸多數(shù)值計(jì)算和軟件模擬結(jié)果均表明使用調(diào)濕材料可以減緩室內(nèi)相對(duì)濕度的波動(dòng)，將相對(duì)濕度控制在合理的范圍內(nèi)；同時(shí)使用調(diào)濕材料可以降低峰值冷負(fù)荷、減少建筑供熱、供冷能耗，供熱最大節(jié)能可達(dá)10%左右，供冷最大節(jié)能可達(dá)30%左右。但目前的研究主要集中于自然通風(fēng)房間以及以送風(fēng)空調(diào)為代表的常規(guī)空調(diào)房間，對(duì)于應(yīng)用于輻射供冷房間的效果鮮少被關(guān)注。

1.5 總結(jié)

總結(jié)1.1～1.4 節(jié)可見國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)調(diào)濕材料控濕技術(shù)已進(jìn)行了大量的研究，主要集中于三方面，分別為：探究高性能調(diào)濕材料的合成工藝；尋求合理的評(píng)價(jià)方法對(duì)調(diào)濕材料的調(diào)濕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；探究調(diào)濕材料對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境及房間供熱、供冷能耗的影響。大量的應(yīng)用效果研究表明，無論是自然通風(fēng)房間，還是具有對(duì)流式空調(diào)系統(tǒng)的房間，均可獲得較好的調(diào)濕效果。

2 調(diào)濕材料應(yīng)用于輻射供冷防結(jié)露中的研究

2.1 現(xiàn)有防結(jié)露技術(shù)綜述

在提倡節(jié)能減排的今天，輻射供冷系統(tǒng)因其具有能耗低、舒適性好、噪聲低、占用室內(nèi)空間小等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。然而，結(jié)露問題的存在阻礙了該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。結(jié)露問題是目前制約該系統(tǒng)推廣應(yīng)用的最大弊端，為解決這一問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)輻射供冷防結(jié)露技術(shù)進(jìn)行了大量研究。該領(lǐng)域已有大量的相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)有防結(jié)露技術(shù)主要集中于四方面：（1）添加通風(fēng)除濕系統(tǒng)及優(yōu)化氣流組織形式。采用獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)濕負(fù)荷是最常見的防結(jié)露措施[44-48]，在此基礎(chǔ)上，有研究者進(jìn)一步提出優(yōu)化氣流組織，如采用貼附射流的形式在冷表面形成干燥空氣層以降低冷輻射板結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)[49-52]；（2）基于輻射供冷末端控制的防結(jié)露措施，如調(diào)節(jié)輻射末端的供水溫度、供水流量等[53-57]，以避免輻射末端表面溫度低于周圍空氣露點(diǎn)溫度；（3）基于輻射末端結(jié)構(gòu)改造優(yōu)化的防結(jié)露措施，如構(gòu)造“疏導(dǎo)結(jié)露”的輻射末端裝置以排除冷凝水[58,59]，在金屬輻射板中加入空氣層使得板面溫度更加均勻以避免冷表面出現(xiàn)條狀低溫區(qū)[60]，以及將除濕裝置與輻射板集成的方式以降低冷板周圍空氣的濕度[61,62]；（4）基于輻射末端表面采用特殊材料處理的防結(jié)露措施，如輻射板表面采用疏水材料以抑制結(jié)露產(chǎn)生[63-65]、采用高紅外透射材料對(duì)輻射末端表面處理提高冷表面溫度但又不影響輻射末端的輻射換熱能力[66-68]。

2.2 調(diào)濕材料和輻射供冷的協(xié)同研究

綜合第1.4 節(jié)所述，可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)濕材料是一種具有廣泛發(fā)展前景的被動(dòng)式調(diào)濕技術(shù)。然而，在輻射供冷防結(jié)露領(lǐng)域，將調(diào)濕材料和輻射供冷系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行的協(xié)同研究，鮮有文章報(bào)道。目前的文獻(xiàn)中僅有謝昊巖[35]和王穎娟[23]做了模擬研究。謝昊巖[35]等基于TRNSYS 軟件模擬研究了輻射換熱對(duì)吸濕材料的濕緩沖性能的影響，結(jié)果表明輻射換熱對(duì)調(diào)濕材料性能的影響很小。王穎娟[23]等采用CFD模擬研究了調(diào)濕保溫砂漿對(duì)裝有空氣載能輻射空調(diào)房間的熱濕環(huán)境的影響。結(jié)果表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面采用調(diào)濕保溫砂漿的房間，其空調(diào)區(qū)的相對(duì)濕度比普通房間低10%左右，同時(shí)，調(diào)濕房間輻射板處空氣的最低溫度和房間的露點(diǎn)溫度差值更大，有更好的防結(jié)露特性。

上述研究結(jié)果表明，將調(diào)濕材料應(yīng)用于輻射供冷房間后，調(diào)濕材料依然具有較好的吸放濕量和吸放濕速度，同時(shí)可將室內(nèi)濕度維持在合理的范圍內(nèi)。從模擬結(jié)果來看，效果良好，具有發(fā)展應(yīng)用的前景。但目前對(duì)調(diào)濕材料和輻射供冷的協(xié)同研究缺乏大量的實(shí)驗(yàn)研究，其應(yīng)用效果有待進(jìn)一步研究與論證。

3 結(jié)論與展望

結(jié)露問題是目前阻礙輻射供冷系統(tǒng)應(yīng)用推廣的最大問題，目前主要通過添加通風(fēng)除濕系統(tǒng)、對(duì)輻射末端進(jìn)行供水溫度/流量控制調(diào)節(jié)、改進(jìn)輻射板的結(jié)構(gòu)及材料來解決輻射供冷系統(tǒng)的結(jié)露問題。然而，現(xiàn)有方法主要通過主動(dòng)除濕的手段來解決輻射系統(tǒng)結(jié)露問題，這無疑增加了系統(tǒng)的能耗。

調(diào)濕材料是一種具有廣泛發(fā)展前景的被動(dòng)式調(diào)濕技術(shù)。已有諸多研究者對(duì)調(diào)濕材料控濕技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，包括調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理、高性能調(diào)濕材料的合成方法、調(diào)濕材料調(diào)濕性能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)以及調(diào)濕材料實(shí)際應(yīng)用效果的實(shí)驗(yàn)與模擬研究。該領(lǐng)域研究方法相對(duì)成熟，高性能調(diào)濕材料的制備已有諸多方法與工藝。大量的應(yīng)用效果研究表明，無論是自然通風(fēng)房間，還是具有對(duì)流式空調(diào)系統(tǒng)的房間，均可獲得較好的調(diào)濕效果。因此，可進(jìn)一步借鑒研究思路，將其應(yīng)用于輻射供冷領(lǐng)域。

通過調(diào)濕材料控制室內(nèi)濕度，不僅可降低輻射供冷系統(tǒng)的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，又可降低空調(diào)系統(tǒng)的除濕能耗。但是當(dāng)前鮮有學(xué)者將輻射供冷系統(tǒng)和調(diào)濕材料結(jié)合起來進(jìn)行協(xié)同研究，僅有的該方向的個(gè)例研究也限于模擬仿真，未來還需對(duì)該方向進(jìn)一步展開理論和實(shí)驗(yàn)研究，通過大量實(shí)驗(yàn)探究房間應(yīng)用調(diào)濕材料對(duì)輻射末端結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)的影響，以及短期及長(zhǎng)期的應(yīng)用效果等，以進(jìn)一步論證采用調(diào)濕材料解決輻射供冷系統(tǒng)結(jié)露問題的可行性。