验证用于绝缘屋顶型号的Hamstad基准测试

通过对绝缘屋顶中的热和水分传输的影响进行建模，建筑物工程师可以设计抗霉菌和可持续的屋顶结构。为了证明这一点，我们根据热，空气和水分标准化（HAMSTAD）基准分析了隔热屋顶模型中的热和水分传输。然后，我们使用从基准模型计算出的温度和相对湿度作为霉菌生长预测模型的输入。

绝缘屋顶的霉菌生长

几个世纪以来，用绝缘材料设计屋顶一直是一种普遍的做法。在古埃及，人们使用干泥砖来建造房屋，这使它们在热量中保持凉爽并在寒冷中温暖。古罗马人使用了耐火矿物石棉用于建筑材料中的绝缘。

沿着埃及运河建造的泥砖房屋的例子。伯纳德·杜邦（Bernard Dupont）的图像。获得许可CC BY-SA 2.0， 通过Wikimedia Commons。

隔热屋顶今天仍然很受欢迎，但是影响它们的问题不是：霉菌生长。幸运的是，我们有能力使用模拟设计耐霉菌的屋顶。

令人惊讶的是，霉菌本身并不危险（或有毒）。但是，某些模具（例如Stachybotrys Chartarum，或“黑色霉菌”）释放孢子，包括危险物质称为霉菌毒素。一旦霉菌毒素变得空气传播，它们就可以被吸入，吸收在皮肤中并摄入。过度接触霉菌毒素据信会导致无数的健康问题，包括过敏，呼吸系统的炎症，记忆力丧失等等。即使是死霉菌，仍然会导致持久的健康影响。

培养皿中的霉菌特写。Rimmakhaz的图像 - 自己的作品。获得许可CC由4.0， 通过Wikimedia Commons。

在屋顶和屋顶上发现的大多数模具被认为是无毒的，对人来说是相对无害的，但它仍然是不必要的侵入者。霉菌快速乘以，看起来和闻起来不愉快。另外，它可能对建筑可持续性产生负面影响。

水分是屋顶霉菌生长的关键原因。霉菌只需要24–48小时水分暴露于生长。水分可以形成的一种方式是由于过量的冷凝水而产生的。在此示例中，我们分析了一个绝缘屋顶模型，其负载层和绝缘层之间的接触表面有高凝结风险。

建模Hamstad基准案例

2000年，欧盟开发了五个Hamstad基准测试为了标准化建筑结构中的热量，空气和水分传输实践。在测试用于建筑物理学的模拟工具的准确性时，这些一维基准案例是一个流行的选择。

在这里，我们专注于使用ComsolMultiphysics®软件和附加组件模拟第一个Hamstad基准案例传热模块。该基准测试覆盖隔热屋顶中的热和水分传输。

首先，我们对绝缘屋顶进行建模，该屋顶由三个主要部分组成，包括：

1. 水分屏障
2. 负载轴承
3. 绝缘层

对于该模型的几何形状，主要重点是承载和绝缘层。水分屏障不包括在几何形状中，但此处显示出于视觉目的。该结构完全密封。

承重和绝缘层是多孔。然而，承载层是毛细管的（水流吸收剂），而绝缘层是毛细管的非活性（耐水流）。两种材料相反的毛细血管质量会在它们之间的接触表面诱导高相对湿度水平，从而导致内部凝结，从而导致霉菌生长。

承载和绝缘层中的水分传输取决于以下特性功能：

• 含水量
• 蒸气渗透性
• 液体扩散系数，从液体通透性和吸力压力中获得

承载和绝缘层中的热传递取决于以下特性功能：

• 干燥材料的密度，热容量和导热率
• 含水量

在绝缘屋顶中模拟热和水分传输

该模拟涵盖了五年的时间，并在一年的时间内适用了气候负荷。绝缘屋顶的外部和内部暴露于不同的温度。外部的对流热通量由不同的季节性温度定义，而内部的对流热通量由20°C（68°F）的恒定温度定义。基准气候数据的部分蒸气压力用于定义内部的对流水分通量。外部和内部空间的初始温度为20°C（68°F），承重和绝缘层的相对湿度值分别为99.2％和60％。

仿真结果

在下面的图中，您可以查看从comsol多物理模拟获得的数值结果。

一年后，承重和绝缘层的相对湿度。

一年后，负载层（左）和绝缘层（右）的集成水分含量。

五年后，负载层（左）和绝缘层（右）中的集成水分含量。

Comsol多物理学结果与该的数值结果非常吻合Hamstad基准，这表明您可以自信地使用传热模块来生成可验证的结果。接下来，我们可以使用该模拟计算的温度和相对湿度作为VTT模具预测模型的输入。

VTT霉菌生长模型

这VTT模型预测材料表面的霉菌生长和下降，这是温度和相对湿度的函数。这是一个经验模型，基于对不同霉菌物种的测量数据的回归分析。原始的VTT模型仅说明了木材和云杉Sapwood等木材材料上的霉菌生长，而更新后的VTT型号包括其他建筑材料，例如混凝土，玻璃和金属产品。乐动体育app无法登录

在该模型中，霉菌生长的发展由霉菌指数定义（m），通过求解普通微分方程（ODE）来计算。模具指数以0到6的比例表示。霉菌指数为0表示没有霉菌的生长，而6个索引表示几乎100％的霉菌生长。霉菌以3的索引首次视觉外观。

重要的是要注意，更新的VTT模型还包括四个模具灵敏度类：

1. 非常敏感（未经处理的木材）
2. 敏感（基于木板）
3. 中等抗性（水泥）
4. 抗性（玻璃和金属材料）

用comsolMultiphysics®求解VTT模型

基准教程中计算的温度和相对湿度用作中等耐药性类别中霉菌生长预测的输入。我们可以通过使用建筑材料中的热量和水分传输传热模块中的界面以及霉菌的生长和下降速率方程和条件。

中等抗性灵敏度类别的霉菌索引。结果显示材料表面上的霉菌少量，表明霉菌处于其初始生长阶段。

所有灵敏度类别的霉菌索引随着时间的流逝。

下一步

通过单击下面的链接，尝试在绝缘屋顶中对热和水分传输以及霉菌的生长进行建模。这样做将带您进入应用程序库示例。

1. Hamstad基准1：在绝缘屋顶中的热量和水分传输
2. 霉菌生长预测的热量和水分传输