韋 明， 汪 波， 劉順波

(火箭軍工程大學(xué)作戰(zhàn)保障學(xué)院，西安 710025)

圍護結(jié)構(gòu)是建筑物的重要組成部分，同時也是建筑物熱濕負荷的主要來源，對圍護結(jié)構(gòu)進行傳熱傳濕計算，是進行地下工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)和重要依據(jù)。相比地面建筑而言，由于巖土的熱惰性和較高的含濕量使得圍護結(jié)構(gòu)對地下工程內(nèi)空氣溫濕度的影響更為顯著。針對圍護結(jié)構(gòu)的熱濕負荷計算，大多集中在地面建筑的單層或復(fù)合墻體，研究墻體熱、濕和空氣傳遞對室內(nèi)環(huán)境的影響。郭興國等[1]以含濕率和溫度為驅(qū)動勢建立了多層墻體的一維瞬態(tài)熱濕耦合傳遞模型，通過與單純的導(dǎo)熱方程進行對比，表明濕傳遞引起的潛熱會顯著改變墻體熱負荷，但是在模型中忽略了濕傳遞對材料本身導(dǎo)熱和傳濕性能的改變。對于空氣滲透性多孔建筑材料，劉向偉等[2]在熱濕傳遞方程中引入空氣對流項，建立了墻體內(nèi)非穩(wěn)態(tài)的熱、濕及空氣耦合傳遞模型。Su等[3]、張燎原[4]研究了在不同氣候環(huán)境下多層墻體的熱濕行為，總結(jié)了墻體內(nèi)部的凝結(jié)特點和復(fù)合墻體在不同氣候條件下的受潮程度。為解決復(fù)合墻體中每層材料物性參數(shù)的不連續(xù)性，蘇向輝等[5]提出了有限差分逼近方法，避免了邊界條件設(shè)定為常數(shù)帶來的計算誤差。譚斯鵬[6]在Luikov熱濕耦合傳遞方程的基礎(chǔ)上，提出了以水蒸氣含量為驅(qū)動勢的傳遞模型，解決了實際中在界面處含濕量不連續(xù)的問題。

對于地下工程壁面的熱濕傳遞過程，在研究圍護結(jié)構(gòu)的熱濕負荷時大都將材料的導(dǎo)熱率、水蒸氣擴散系數(shù)等看作常數(shù)。張華玲等[7]在熱濕傳遞模型中同時考慮了水蒸氣和液態(tài)水的傳遞，指出墻體傳熱達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間遠小于傳濕過程；肖光華[8]、王琴等[9]忽略地下工程傳濕過程對傳熱過程的影響，單獨計算地下工程的傳熱量。王瑩瑩等[10]、李瑋等[11]通過對多種建筑材料進行研究表明濕遷移對傳熱的影響不可忽略，在混凝土中雖然是潛熱熱流占比較少，但仍達到8.3%；相比于傳濕引起的潛熱傳遞量，Abahri等[12]指出傳濕引起的顯熱傳遞量相對較少，在模擬計算時可以不加考慮。Chu等[13]雖然全面考慮了地下工程中熱濕耦合作用，研究地下工程中兩個相互連通區(qū)域內(nèi)的熱濕傳遞過程，沒有體現(xiàn)不同含濕量對建筑材料的傳熱傳濕性能的影響。大多數(shù)建筑材料均為多孔介質(zhì)，熱傳遞不僅依靠溫度梯度驅(qū)動的導(dǎo)熱，更多依賴于水分輸送引起的顯熱和潛熱變化[14]，在寒冷地區(qū)的水蒸氣相變傳熱量能達到總傳熱量的26.1%，這對于含濕量較高的地下巖土更為明顯。同時含濕量的變化會改變建筑材料的有效孔隙率，進而影響材料的水蒸氣擴散系數(shù)和液態(tài)水滲透率。

地下工程圍護結(jié)構(gòu)引起的能耗不僅來源于熱負荷，濕負荷也占有很大比重。以深埋地下工程中的貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)和離壁式襯砌結(jié)構(gòu)為研究對象，在空氣-巖石、空氣-混凝土和巖石-混凝土3個內(nèi)部界面上施加第四類邊界條件，將建筑材料的傳熱和傳濕特性看作是其含濕量的函數(shù)，以溫度和相對濕度為驅(qū)動勢，構(gòu)建空氣-墻體瞬態(tài)熱濕耦合傳遞模型。在地下工程內(nèi)部空氣溫濕度呈年周期性變化的情況下，利用COMSOL Multiphysics對圍護結(jié)構(gòu)和空氣之間在兩年內(nèi)的熱濕傳遞過程進行逐時模擬，同時求解溫度和相對濕度分布，得到墻體熱濕負荷變化規(guī)律，為地下工程的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化其運行策略，降低工程能耗提供參考。

1 熱濕耦合傳遞模型

1.1 熱濕傳遞理論

各向同性多孔建筑材料內(nèi)部存在大量的毛細孔徑。假設(shè)在代表性單元體積(REV)內(nèi)材料各項參數(shù)相等，在沒有空氣流動的情況下，多孔材料內(nèi)部的傳濕過程包括分子擴散和液態(tài)水流動，其中由濃度差引起的分子擴散符合Fick定律，液態(tài)水流動由不平衡的毛細吸力引起，可用Dacy定律描述。傳熱過程包括溫度差引起的熱傳導(dǎo)和傳濕引起的熱量傳遞[15]。水分的存在會顯著增強多孔材料的導(dǎo)熱能力，同時水蒸氣的擴散以焓變的方式引起潛熱變化。

在建立傳濕控制方程時，常見的驅(qū)動勢有含濕量、水蒸氣分壓、毛細壓力，對數(shù)毛細壓力和相對濕度。但是以含濕量作為驅(qū)動勢時，在不同材料的界面處存在含濕量的跳變；以水蒸氣分壓作為驅(qū)動勢時不能反映水蒸氣的相變；而以毛細壓力作為驅(qū)動勢，當(dāng)多孔介質(zhì)含濕量從零變化完全飽和時，毛細壓力的變化范圍為0～109Pa，這些都會引起控制方程數(shù)值解的不穩(wěn)定甚至很難達到收斂；以對數(shù)毛細壓力作為驅(qū)動勢時在求解控制方程前需要先借助MATLAB求解方程的各項系數(shù)[16]。材料的各項性質(zhì)均可以表示為相對濕度的函數(shù)，在熱濕傳遞計算中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)以溫度和相對濕度為驅(qū)動勢，建立熱濕耦合傳遞模型。

1.2 幾何模型

圖1所示為離壁式和貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)示意圖，左側(cè)為厚度d1=0.3 m的混凝土結(jié)構(gòu)，中間空氣夾層厚度為d2=0.3 m，對于圖1(b)中所示的貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)沒有空氣夾層，左側(cè)的混凝土結(jié)構(gòu)直接被覆于巖石表面，右側(cè)為地下巖土，對于深埋地下工程d3可取為10 m[17]。在所模擬計算的時間內(nèi)，圖中的半無限大幾何結(jié)構(gòu)可按一維問題處理。

圖1 兩種圍護結(jié)構(gòu)Fig.1 Two envelopes

1.3 控制方程

1.3.1 多孔介質(zhì)中的濕傳遞方程

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，多孔介質(zhì)內(nèi)任一控制體積內(nèi)的含濕量變化可表示為

(1)

式(1)中：w為材料的含濕量，kg/m3；φ為相對濕度；t為時間, s;gdiff、gliq分別為水蒸氣擴散通量和液態(tài)水通量，kg/(m2/s)。根據(jù)Fick定律，水蒸氣擴散通量可寫為

gdiff=δmat(φ)Pv(φ,T)

(2)

式(2)中：δmat為多孔材料的水蒸氣滲透系數(shù)，s；Pv為水蒸氣分壓，Pa；T為溫度，K；在各個材料的數(shù)據(jù)庫中經(jīng)常給出的是蒸氣阻力系數(shù)μ(φ)，其表達式為

(3)

式(3)中：δ0為空氣中的水蒸氣滲透系數(shù)，s；相對濕度定義為水蒸氣分壓與該溫度下飽和水蒸氣分壓之比，則有

Pv(φ,T)=φPsat(T)

(4)

式(4)中：Psat為只與溫度相關(guān)的飽和水蒸氣分壓，Pa， 對于不同的溫度范圍，其近似表達式略不相同，對于本文涉及的溫度范圍在零度以上，選取文獻[18]中推薦的表達式：

(5)

多孔材料中存在著氣相壓力和液相壓力，兩者之間的壓力差稱為毛細壓力，毛細壓力梯度的作用下，液態(tài)水向梯度相反的方向運動，根據(jù)Darcy定律，液態(tài)水通量可表示為

gliq=-Kl(φ)Pc

(6)

式(6)中：Kl為液態(tài)水滲透系數(shù)，s；Pc為毛細壓力，Pa，反映了多孔介質(zhì)中氣液兩項之間的壓力關(guān)系，根據(jù)Kelvin定律，將Pc表示為相對濕度的函數(shù)：

Pc=ρwRvTln(φ)

(7)

式(7)中：ρw為水的密度，kg/m3；Rv為水蒸氣氣體常數(shù)，J/(kg·K)。當(dāng)以液態(tài)水中的含濕量作為驅(qū)動勢時，類比于Fick定律，液態(tài)水通量可表示為

gliq=-Dl(φ)w(φ)

(8)

式(8)中：Dl為液態(tài)水?dāng)U散系數(shù)，m2/s。

1.3.2 多孔介質(zhì)中的傳熱控制方程

多孔介質(zhì)中的焓主要存在于固體基質(zhì)和水分中[19]，根據(jù)能量守恒定律和多孔介質(zhì)中熱量的傳遞形式，控制體積的能量守恒方程表示如下：

(9)

式(9)中：H為控制體積的總焓，J/m3；qcond、qmoist分別為傳導(dǎo)熱通量和水分傳遞引起的熱通量，W/m2;根據(jù)焓與溫度的關(guān)系，式(9)左邊一項可寫為

(10)

式(10)中：ρmat為多孔基質(zhì)密度，kg/m3；Cpmat、Cpw分別為固體基質(zhì)和水的熱容，J/(kg·K)。由Fourier定律可知，傳導(dǎo)熱通量的方向和溫度梯度相反，大小成正比例關(guān)系

qcond=-λ(φ)T

(11)

式(11)中：λ為與含濕量相關(guān)的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。當(dāng)水分在控制體積間發(fā)生傳遞時，熱量也隨之轉(zhuǎn)移，水分傳遞引起的熱通量可寫為

qmoist=gliqCpwT+gdiff(CpvT+Heva)

(12)

式(12)中：Cpv為水蒸氣熱容，J/(kg·K)；Heva為蒸發(fā)潛熱，J/kg。在建筑物理中，濕分傳遞引起的顯熱傳遞遠小于潛熱的傳遞量，尤其當(dāng)多孔材料內(nèi)相對濕度大于50%的時候，可將上式簡化為

qmoist=gdiffHeva

(13)

1.3.3 空氣中濕傳遞方程

水分在空氣中只以水蒸氣的形式存在，水蒸氣的擴散是唯一的傳遞途徑，傳濕控制方程可寫為

(14)

式(14)中：ρvap為水蒸氣密度，kg/m3；gadiff為空氣中的水蒸氣擴散通量，kg/(m2·s)；假設(shè)空氣和水蒸氣均為理想氣體，則由理想氣體公式可知：

(15)

空氣中的水蒸氣擴散通量表達式和式(2)相同，水蒸氣滲透系數(shù)變?yōu)棣?。

1.3.4 空氣中熱傳遞方程

與熱量在多孔介質(zhì)中的傳遞相似，空氣中的熱量傳遞方程可寫為如下形式：

(16)

式(16)中：ρair為空氣密度，kg/m3；Cpair為空氣熱容，J/(kg·K)；qacond、qmoist分別為空氣傳導(dǎo)熱通量和水蒸氣擴散引起的熱通量，W/m2，其表達式分別和式(11)、式(13)相似，即

qacond=λ0T

(17)

qamoist=gadiffHeva

(18)

式中：λ0為空氣熱導(dǎo)率，W/(m·K)；

1.4 定解條件

熱濕傳遞方程在本質(zhì)上是一組相互耦合的偏微分方程，為獲得符合條件的特定解，需要對模型定義初始條件和邊界條件。深埋地下工程位于地下恒溫層，地表溫度波動已不能影響該處溫度，溫度恒定為當(dāng)?shù)氐乇淼哪昶骄鶞囟?。以西安地區(qū)為研究背景，模型的初始溫度為15 ℃，襯砌結(jié)構(gòu)初始相對濕度可設(shè)為70%。根據(jù)文獻[20]的描述，地下工程內(nèi)部溫濕度以年為周期波動，夏季最高氣溫不得高于30 ℃，冬季不得低于10 ℃，相對濕度控制在50%～80%。

(19)

(20)

式中：Tin為工程內(nèi)部的空氣的逐時溫度，℃；φin為工程內(nèi)部逐時相對濕度。混凝土壁面和空氣之間的傳熱量和傳濕速率根據(jù)第三類邊界條件可知：

qs=h(Tin-Ts)

(21)

gs=β(Pvin-Pvs)

(22)

式中：qs為壁面熱通量，W/m2；h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；Ts為壁面溫度，K；gs為壁面?zhèn)鳚袼俾?；β為壁面?zhèn)鳚裣禂?shù)，s/m；Pvin、Pvs分別為內(nèi)部和壁面水蒸氣分壓，Pa，可由式(4)求得。根據(jù)ASHRAE 2017手冊，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳濕系數(shù)分別可設(shè)為h=7.7 W/m2、β=2×10-8s/m。由于采用單域方法，將空氣夾層和混凝土以及巖石看作是一個整體，因此在襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空氣夾層和巖土以及混凝土的接觸界面上不需要額外施加邊界條件，默認此處溫濕度連續(xù)，相關(guān)溫度梯度和相對濕度連續(xù)。

2 模型驗證

2.1 偏微分方程在COMSOL中的應(yīng)用形式

COMSOL主要以求解偏微分方程(partial differential equation,PDE)為基本的仿真形式，在進行仿真求解的過程實質(zhì)是根據(jù)不同的問題特點利用不同求解器逐步對PDE進行離散迭代求解，對于一些高度耦合的非線性問題可以進行特定設(shè)置來加強仿真過程中的收斂性。COMSOL針對不同的研究領(lǐng)域，預(yù)定義了一些常用模塊，模塊中的方程形式固定，一個方程只能求解一個變量，可操作性不強。對于本文中推導(dǎo)的熱濕傳遞方程，由于溫度和濕度的相互耦合，在一個偏微分方程中需要同時求解溫度和相對濕度兩個變量，因此需要借助COMSOL中的自定義系數(shù)形式對偏微分方程進行求解。自定義系數(shù)形式PDE的基本形式為

au=f

(23)

式(23)中，u為要求解的變量，其余參數(shù)含義可以參閱文獻[21]。為使熱濕傳遞方程符合以上形式，并采用一個求解器同時求解溫度和相對濕度，將各個通量表達式分別代入式(1)、式(9)并轉(zhuǎn)化為以溫度和相對濕度為因變量，則多孔介質(zhì)中的熱濕傳遞控制方程可寫為

(24)

式(24)中：

dp4=ρmatCpmat+w(φ)Cpw

cp3=Hevaδmat(φ)Psat(T)

空氣中控制方程同樣可寫為

(25)

式(25)中：

da4=ρairCpair+ρvapCpv；

ca1=δ0(φ)Psat(T)；

ca3=Hevaδ0Psat(T)；

2.2 模型驗證

為了檢驗?zāi)Ｐ驮谔幚韺嶋H問題的正確性，需要利用實驗數(shù)據(jù)對模型進行檢驗。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN15026[22]詳細規(guī)范了模擬建筑熱濕傳遞的各種細節(jié)，并提供了相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，為驗證模型的正確性，利用標(biāo)準(zhǔn)中的實驗數(shù)據(jù)對比模型在相同情況下的模擬結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)中實驗對象為一可視為半無限大結(jié)構(gòu)的混凝土墻壁，其幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 實驗中的幾何結(jié)構(gòu)Fig.2 The gecmetry of the experiment

墻體寬度為20 m，初始時刻墻體溫度為20 ℃，相對濕度為50%。在t=0 s時在內(nèi)邊界上施加溫度為30 ℃，相對濕度為95%的第一類邊界條件，在外邊界上保持初始溫濕度不變，上下界面絕熱隔濕，熱通量和壁面水分通量均為0，因此模擬時將幾何結(jié)構(gòu)簡化為一維。相關(guān)材料參數(shù)請參閱此標(biāo)準(zhǔn)。圖3所示為在7、30和365 d模型仿真結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)的對比。

圖3 模擬結(jié)果和試驗結(jié)果對比Fig.3 Comparison of simulation andexperiment results

從圖3中可以看出，模型計算處的溫濕度場和試驗結(jié)果基本吻合，兩者間的最大誤差不超過1%，說明構(gòu)建的模型能正確地模擬建筑熱濕傳遞過程。

3 模型計算及結(jié)果分析

將控制方程組式(24)、式(25)輸入COMSOL中的PDE接口。由于材料的熱物性參數(shù)以及與濕分傳遞有關(guān)的參數(shù)均為相對濕度和溫度的函數(shù)，因此需要將方程組中的各項系數(shù)以函數(shù)的形式提前定義。模型中用到的材料參數(shù)以及與含濕量的關(guān)系如表1和圖4所示，表1中的導(dǎo)熱系數(shù)為干物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，表1中數(shù)據(jù)來源于WUFI材料數(shù)據(jù)庫。按上文所述設(shè)置定解條件后模擬襯砌結(jié)構(gòu)在邊界條件作用下，兩年內(nèi)溫濕度變化情況。

表1 材料熱物理性能參數(shù)

圖4 材料性質(zhì)隨含濕量變化Fig.4 Material properties vary with moisture content

3.1 傳熱分析

圖5所示為壁面處的熱流密度隨時間的變化關(guān)系。在模擬的初始階段，由于壁面和空氣之間較大的溫差，壁面處熱流變化比較劇烈。在經(jīng)過20 d的換熱后，兩種襯砌結(jié)構(gòu)的壁面?zhèn)鳠崃块_始以近似正弦波型變化。在貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)中，傳熱量變化的幅度約為13 W/m2，平均傳熱量只有3 W/m2，在傳熱量最大時為9 W/m2，最小時為-4 W/m2。在離壁式襯砌結(jié)構(gòu)中，壁面平均傳熱量只有1 W/m2，壁面熱流密度的變化幅度只有4 W/m2，其中最大時壁面熱流密度為3 W/m2，最小時為-1 W/m2。從熱流密度的變化幅度中可以反映出，離壁式襯砌結(jié)構(gòu)的壁面溫度可以更好地跟隨外界溫度的變化，使兩者之間的溫度差保持在一個較小的范圍內(nèi)，進而使壁面的熱負荷處于一個較低的水平。

圖5 壁面處熱流密度Fig.5 Heat flux at the wall surface

隨著壁面換熱量的周期性變化，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度也大致呈現(xiàn)出周期性變化規(guī)律。圖6所示為在20、200、380和560 d，兩種襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度變化情況。從兩幅圖中可以看出，在一定時間后圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度同樣具有一定的周期性，并且在20 d時，離壁式襯砌結(jié)構(gòu)的溫度已經(jīng)由初始階段的不斷升高進入這種周期性變化；圖6(b)中20 d和380 d所對應(yīng)的溫度有較大的差別，說明，貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)溫度進入周期性變化的時間要大于20 d。在圖6(a)所示的空氣夾層中存在較大的溫度梯度，巖石溫度變化范圍在2 ℃之內(nèi)，而在圖6(b)所示的貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)中，巖石溫度升高較大，最高時上升了7 ℃。這是由于混凝土和巖石的導(dǎo)熱系數(shù)遠大于空氣導(dǎo)熱系數(shù)。由表1可知，混凝土和巖石的導(dǎo)熱系數(shù)遠大于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)0.026 W/(m·K)，空氣夾層在圍護結(jié)構(gòu)傳熱中能夠很好地大幅度地增加熱量傳遞的阻力。因此離壁式襯砌結(jié)構(gòu)有利于減小地下工程的熱負荷。

圖6 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度Fig.6 Temperature inlining structure

3.2 傳濕分析

地下工程中室內(nèi)空氣和壁面之間的傳熱、傳濕的變化規(guī)律具有相似的特點。圖7顯示墻體和壁面之間的傳濕速率均成周期性變化，其中貼壁式的壁面?zhèn)鳚袼俾时入x壁式略大。

圖7 壁面?zhèn)鳚袼俾蔉ig.7 Moisture flux on the wall surface

貼壁式襯砌壁面和離壁式襯砌壁面兩者最大傳濕速率分別為1.5×10-7kg/(m2·s)和1×10-7kg/(m2·s)，相差約50%，兩種襯砌結(jié)構(gòu)壁面最小傳濕速率分別為-0.9×10-7kg/(m2·s)和-0.8×10-7kg/(m2·s)，相差12.5%，其中貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)壁面?zhèn)鳚袼俾实淖兓燃s比離壁式襯砌高出30%。這說明離壁式襯砌結(jié)構(gòu)更能降低混凝土墻體和室內(nèi)空氣之間的傳濕速率，減小圍護結(jié)構(gòu)的濕負荷。貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)中，混凝土墻體內(nèi)的含濕量受到室內(nèi)空氣相對濕度和巖土含濕量兩個因素控制，在離壁式襯砌結(jié)構(gòu)中，混凝土墻體內(nèi)的含濕量主要受室內(nèi)空氣和夾層內(nèi)空氣影響。圖8所示為兩種圍護結(jié)構(gòu)中，混凝土墻體和巖石中的含濕量變化情況。圖8(a)顯示，貼壁式襯砌中混凝土的含濕量不斷減小，從剛開始的72 kg/m3逐漸降低到69 kg/m3，而離壁式襯砌中混凝土含濕量以一定的頻率波動，升高的幅度很小。結(jié)合圖8(b)可以得出，由于空氣夾層的存在，使得混凝土中的水分傳遞到巖石中。

圖8 混凝土和巖石中含濕量Fig.8 Moisture content in concrete and stone

在建筑材料傳熱傳濕中，熱量的傳遞速度遠大于水分的傳遞速度，夾層中空氣的相對濕度相比混凝土而言更容易受到溫度的影響。圖9中展示了兩種襯砌結(jié)構(gòu)中相對濕度的變化情況。圖9(a)為第380 d，兩種襯砌結(jié)構(gòu)中左側(cè)0.6 m范圍內(nèi)的相對濕度分布。結(jié)合圖5可知，受到溫度的影響，夾層內(nèi)空氣相對濕度發(fā)生較大改變，并在混凝土-夾層空氣界面和夾層空氣-巖石界面處和兩者進行水分交換，混凝土一側(cè)界面的較高溫度使得此處的相對濕度大于巖石一側(cè)界面，因此水分不斷從混凝土傳遞到巖石中，而對于貼壁式襯砌結(jié)構(gòu)，溫度對相對濕度的影響只能從混凝土墻體逐步延伸到巖石中。由式(3)可知，水蒸氣在空氣中傳遞速率遠大于在多孔介質(zhì)中的傳遞速率，圖9(b) 為兩種襯砌結(jié)構(gòu)中混凝土墻體表面處相對濕度和室內(nèi)空氣相對濕度之間的差異。

圖9 相對濕度差異Fig.9 Different relative humidity

離壁式襯砌壁面與室內(nèi)空氣之間的相對濕度差值遠小于離壁式襯砌壁面與室內(nèi)空氣相對濕度的差值。當(dāng)室內(nèi)空氣相對濕度變化時，空氣夾層的存在加速了混凝土壁面處含濕量的波動向巖石深處的傳播，使得襯砌結(jié)構(gòu)對外界相對濕度的變化更加敏感。

4 結(jié)論

利用COMSOL Multiphysics 軟件針對地下工程中離壁式襯砌和貼壁式襯砌兩種襯砌結(jié)構(gòu)在時變邊界條件下兩年內(nèi)的熱濕傳遞進行了仿真計算，通過對這兩種圍護結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果進行比較，得到以下結(jié)論。

(1)空氣夾層較小的熱導(dǎo)率增大了圍護結(jié)構(gòu)的整體熱阻，減緩了室內(nèi)空氣溫度波動向圍護結(jié)構(gòu)深處傳播的速度，降低了圍護結(jié)構(gòu)和室內(nèi)空氣之間的傳熱量，有利于降低地下工程的熱負荷。

(2) 由于溫度向圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播的速度遠大于圍護結(jié)構(gòu)中傳濕速度，離壁式的襯砌結(jié)構(gòu)中夾層內(nèi)的空氣受溫度變化的影響，其相對濕度變化較快，使圍護結(jié)構(gòu)對外部相對濕度變化的相應(yīng)加快，混凝土墻體表面處的相對濕度能更快地跟隨室內(nèi)空氣相對濕度變化，使兩者之間的傳濕量更小。