室内装饰材料, 尤其是木质室内装饰材料能够缓和由于室内环境温度变化或水蒸汽的流入流出而引起的湿度变动(牧福美, 1980; 牧福美, 1985)。材料的湿度调节性能不仅取决于室内装饰材料的种类, 就同一种装饰材料而言, 还与装饰面积、材料含水率等因素密切相关(大釜敏正, 1987; 则元京, 1990)。在环境温度变化过程中, 著者和则元利用参数B或b来评价室内装饰材料的湿度调节性能(则元京, 1990; 曹金珍, 1999)。则元、牧福等的研究发现, 木质室内装饰材料的装饰面积和湿度调节性能之间存在着一定的关系。则元(则元京, 1990)从材料的B值与装饰面积率、空间体积、温度差及平均相对湿度之间的关系出发, 绘制了环境温度变化情况下的湿度设计诺谟图。与温度变化过程的研究相比, 有关水蒸气流入流出过程中室内装饰材料湿度调节性能方面的研究较少。则元(则元京, 1974)定义x、y作为评价这个过程中材料的湿度调节性能指标。牧福(牧福美, 1981)在研究了多种材料的B值与x值之间的关系后发现, B值和x值之间并不呈线性关系, 而是具有一定程度的不规则性。因此, 仅从环境温度变化出发对室内装饰环境进行湿度设计是不全面的, 应该同时考虑由水蒸汽流入流出而引起的环境湿度变动这一因素。

本文通过对两面光MDF、椴木三合板等几种材料在水蒸汽流入流出过程中对环境湿度的调节性能与气积比A/V、环境温度及材料初含水率之间的关系的研究, 绘制了在水蒸汽流入流出过程中室内环境湿度设计诺谟图, 从而对则元的湿度设计诺谟图进行了必要的补充, 使湿度设计诺谟图更加科学、合理、完备。

1 试材与实验方法 1.1 试材

本实验中所用试材的种类及尺寸等如表 1所示。其中两面光MDF、椴木三合板试材的制取方法分别按GB11718.3-89和GB9846.9-88实施(人造板标准, 1993)。

1.2 实验方法 1.2.1 实验步骤

对于每一种试材来说, x值和y值的测定方法与第Ⅱ报(曹金珍, 1999)中介绍的相同, 即先用硫酸水溶液调湿法(日本木材学会, 1985)调整试材的初含水率, 将试材放入试验体内后对试验体进行如下操作:①抽气10 min→②保持30 min→③进气10 min→④保持30 min→⑤重复①~④步骤。从步骤①开始记录试验体内相对湿度的经时变化情况。记t min时试验体内的相对湿度为f (t) %, 定义x=f (130) -f (120), y=f (160) -f (130)。

1.2.2 试验体环境的气积比A/V的设置

本实验分别采用尺寸为10 cm×5 cm、10 cm×10 cm、20 cm×10 cm、20 cm×20 cm以及20 cm×20 cm+20 cm×10 cm的试材, 装饰在内腔尺寸为20 cm×20 cm×30 cm的试验体的内表面上, 其相应的气积比A/V分别为0.42 m^-1、0.83 m^-1、1.67 m^-1、3.33 m^-1和5.00 m^-1。

1.2.3 试材初含水率的调整

本实验采用不同浓度的硫酸水溶液来调整试材的初含水率。将试材放置在温度为20 ℃相对湿度分别为45 %、55 %、65 %和75 %的恒温恒湿环境中, 使之达到不同的平衡含水率。

1.2.4 试验体环境的温度的调控

本实验采用恒温自动调节装置进行温度调控, 分别测定了在26 ℃、30 ℃和34 ℃恒温条件下, 室内装饰材料对环境湿度的调节性能参数x和y。

2 结果与讨论 2.1 室内装饰材料的调湿能力与气积比A/V之间的关系

图 1为恒温26 ℃条件下水蒸汽流入流出过程中, 材料在初始恒温恒湿环境20 ℃、65 %RH中达到平衡状态时的壁纸、椴木三合板、柞木地板块、两面光MDF的x和y值随气积比A/V的变化情况。由图 1 (a)可见, 材料的x值随着A/V的增大呈下降的趋势, 但各种材料的下降速度不同。其中, 两面光MDF的x值随A/V的增大下降速度最快, 椴木三合板次之, 柞木地板块和壁纸较慢。在相同A/V值时进行比较可以发现, 两面光MDF的x值很小, 这说明它对环境湿度具有良好的调节性能。柞木地板块和椴木三合板的x值相差不大, 并在A/V约为1.3 m^-1时出现交叉点。即, 在A/V < 1.3m^-1时, 椴木三合板的x值大于柞木地板块, 而当A/V > 1.3 m^-1时, 椴木三合板的x值小于柞木地板块。这个现象说明, 对应着环境气积比A/V的变化, 椴木三合板的调节能力x值的响应比柞木地板块要快。

壁纸、椴木三合板、柞木地板块、两面光MDF的y值随A/V的变化规律与x值的变化规律基本一致, 如图 1 (b)所示。

2.2 室内装饰材料的调湿能力与材料初含水率之间的关系

图 2是在恒温26 ℃条件下, 气积比A/V=3.33 m^-1时壁纸、椴木三合板、柞木地板块和两面光MDF的x值与初含水率调整环境的相对湿度之间的关系。如图 2 (a)所示, 相对湿度小于65 %RH时, 各种材料的x值都呈直线下降。当相对湿度大于65 %RH时, x值又都出现了不同程度的增大。这是由于材料的初含水率过高, 在水蒸汽流入过程中降低了材料对水蒸汽的吸湿能力, 与此相反更容易发生放湿过程。由图可知, 在材料的初含水率变动范围内, 室内装饰材料的湿度调节能力存在一个极值点。经本实验验证, 该极值点所对应的含水率为相对湿度为65 %时达到的平衡含水率。另外, 比较这4条曲线还可以发现, 在任意相对温度下两面光MDF的x值始终最小, 即它的调湿性能最好。相反, 壁纸的调湿性能最差。

由图 2 (b)中可以看出, 椴木三合板、柞木地板块、两面光MDF的y值随着初含水率的增大始终呈下降趋势。与x值的变化规律相似, 两面光MDF的y值始终最小, 而椴木三合板和木地板块的y值的变化趋势与图 1 (a)中的情况类似。

2.3 室内装饰材料的调湿能力与环境温度之间的关系

由图 3 (a)可以看出, (x+y)值, 即第2个循环过程的进气阶段及随后的保持阶段中环境湿度的总的增量基本上保持不变。但是, 对于x, y各自的值, 在不同环境温度下时则略有变化, 如图 3 (b)所示。这说明环境温度对室内装饰材料装饰环境内湿度的变动量影响不大, 但它能在一定程度上影响材料对环境湿度变动所作出的响应的快慢。x值小, 说明响应快。由图 3 (b)可见, 壁纸、椴木三合板、柞木地板块在30 ℃的响应要比26 ℃和34 ℃时慢。两面光MDF在30 ℃时的响应与26 ℃时接近, 而在34 ℃时响应较慢。

2.4 水蒸汽流入流出过程的湿度设计诺谟图

在图 1~图 3的基础上, 可以得到如图 4所示的湿度设计诺谟图。用该图可以预测某一装饰环境在水蒸汽流入流出过程中湿度的变动范围, 或按照指定的湿度变动范围对室内环境进行室内材料装修设计。

当用于预测湿度变动范围时, 首先根据装饰环境的气积比由图 4 (a)查出环境温度为26 ℃、在20 ℃、65 %RH恒温恒湿环境中调整初含水率的材料的湿度变化ΔH₁。然后由ΔH₁在图 4 (b)中的对应点A引该材料随温度变化曲线的平行线, 可以得到任意环境温度下的湿度变化ΔH₂。ΔH₂是材料在65 %恒湿环境中调整初含水率后得到的值, 因此可以找到在图 4 (c)中的对应点B。过B点引与该材料随相对湿度变化曲线平行的曲线, 可能得到任意初含水率调湿环境下材料的湿度变化ΔH₃。例如, 用20 ℃、55 %RH恒温恒湿环境中达到平衡含水率的椴木三合板装修居室, 气积比为2 m^-1, 室内温度为28 ℃, 根据图 4按上述步骤即可查得此时由水蒸汽量变化引起的湿度变化约为5.6 % (图 4中虚线所示)。

同样, 用上述步骤的反过程可以求出指定湿度变动范围时的气积比A/V。先由指定的ΔH₃的查出初含水率和环境温度一定时的湿度变化ΔH₁, 然后再由ΔH₁确定材料的气积比。

3 室内环境湿度的综合设计

结合则元绘制的温度变化过程中的湿度设计诺谟图(则元京, 1990), 可以对木质室内装饰环境进行科学、全面的湿度设计。考虑到室内环境的湿度变动主要由环境温度变化及水蒸汽流入流出两个方面引起, 预测总的温度变动ΔH_总=ΔH_T+ΔH_W, 其中ΔH_T代表温度变化引起的湿度变动, ΔH_W代表水蒸汽流入流出引起的湿度变动。

在对室内材料装修面积进行实际设计时, 可以先由指定的ΔH_总设定ΔH_T和ΔH_W, 根据湿度设计诺谟图分别计算出装饰面积A₁和A₂, 然后根据A₁、A₂的差别对ΔH_T和ΔH_W的数值进行调整, 直至A₁、A₂趋于一致为止。这时的A₁或A₂即为所需采用的装饰面积。

4 结论

(1) 木质室内装饰材料的调湿能力随着气积比A/V的增大而增强。

(2) 室内装饰材料的初含水率低于20 ℃、65 %RH恒温恒湿环境中达到的平衡含水率时, 材料的调湿能力随着初含水率的增大而增强。当初含水率过高时, 调湿能力呈下降趋势。

(3) 环境温度对室内装饰材料装饰环境内湿度的变动量影响不大, 但在一定程度上影响材料调湿性能对环境湿度变动的响应的快慢。

(4) 利用水蒸汽流入流出过程的湿度设计诺谟图, 并结合温度变化过程的湿度设计诺谟图可以对室内环境的湿度进行综合设计。