摘 要：现时社会中环境保护已经成为公众话题，相对于绿色无污染、可持续性发展等环保概念而言，湿度调节显得陌生且往往容易被忽略。近年来，湿度的作用和危害在国内日益受到关注，因此关于湿度控制和调节的研究也越来越受到重视。本文首先介绍了调湿材料的作用原理、性能评价指标以及分类，其次分析了当前各类调湿材料的最新研究进展，并提出了调湿材料的发展趋势与研究方向，以期对大家以后的工作起到一定的借鉴和指导作用。
关键词：建筑节能；调湿材料；应用；研究
引 言：随着材料不断向着高性能化、功能化、智能化、生态化的方向发，现代建筑技术，不仅要求建筑材料本身具有安全、轻质、高强、耐久等特征，而且要求建筑材料在制备、使用与废弃等过程中对环境负荷小，对资源、能源消耗少。开发出具有自清洁、自调湿、自调温、吸波等功能的生态建材对改善人类生活环境、促进循环经济、可持续发展具有重要的意义
1 调湿材料的调湿原理、评价指标与类型
1.1 调湿原理
一般室内环境相对湿度的变化主要来自两个方面：一方面是室内环境温度的变化使水蒸气的饱和蒸气压发生改变；另一方面则是由于水蒸气通过门、窗等途径直接流人或流出致使室内环境湿度发生变化。调湿材料由于其自身的吸放湿特性，能感应环境内空气温湿度的变化，当环境湿度发生变化时能起到缓和或抑制相对湿度变动的作用。调湿材料的调湿原理可从图 1所示的调湿材料的吸放湿曲线来说明，当空气相对湿度超过某一值Ф2时，平衡含湿量急剧增加，材料吸收空气中水分，阻止空气相对湿度增加；当空气相对湿度低于某一值Ф1时，平衡含湿量迅速降低，材料放出水分加湿空气，阻止空气相对湿度下降。因此，只要材料的含湿量处于U1—U2之间，室内空气相对湿度就自动维持在 01-02范围内。若吸放湿曲线间滞后环宽度足够小，在Ф1 ～Ф2之间斜率足够大，则材料可使室内相对湿度稳定在相当窄小的范围内。
调湿材料的具体作用机理因种类差别而不同，硅胶或蒙脱土类等无机调湿材料的调湿性能是由孔结构以及水蒸气分子在孔中的扩散情况来决定的。对于一定孔径（r）的这类调湿材料，当空气中的水蒸气分压高于其孔内凹液面上水的饱和蒸气压时，水蒸气被吸附；反之则脱附。因此，在一定的相对湿度下，达到吸附平衡的调湿材料就具有控制和调节湿度的作用。这类调湿材料的湿容量可通过表面改性、扩孔、优化孔径分布等手段得到改善。有机调湿材料的调湿机理可理解为有机分子表面与水分子间多种类型的范德华力的相互作用，如偶极一偶极作用、氢键作用等。高分子调湿材料的吸湿性主要取决于其本身的化学结构和物理结构。
细孔内气体凝聚主要因为细孔内部吸附的气体覆盖整个孔壁而形成吸附层引起。因此，这种情况下的接触角为0。人类居住适宜的环境相对湿度一般是40%一70%，而环境温度为5—30℃。因此，根据这种情况，可计算出适宜相对湿度范围内，材料开尔文孔半径的范围为 2-20nm左右，即在此孔径范围内，水蒸气具有可逆吸附的功能。当环境相对湿度较高时，能够吸附环境中的水蒸气；当相对湿度降低时，能够排放出自身吸附的水蒸气。从调湿材料的基本原理来看，调湿材料必须具备高饱和平衡湿含量、可逆吸附性、自响应性、应用功能性。调湿材料的孔结构、孔隙率及其孔径分布是决定调湿性能的关键参数。
1.2 调湿材料的评价指标
调湿材料的性能主要指材料的吸放湿能力，它包含两个方面：吸放湿量的大小与吸放湿的快慢。前者反映吸放湿能力，后者反映吸放湿的响应性。当然，调湿材料的应用在不同领域的基本性能也是一个重要的性能指标。
不同的研究者对调湿材料的性能评价指标提出了不同的研究指标与观点，例如，有的研究者提出用材料水蒸气扩散系数D和平衡含湿量 U2来衡量。这种观点考虑了材料对绝对湿度变化的响应性，但对温度引起的湿度变化响应却未加考虑，且只有传热传湿速度足够快，平衡含湿量U2才能接近动态变化过程中材料本身真实的含湿量。因此，其他相关研究者就基于对材料平衡吸放湿曲线的分析而提出用U2和平衡吸放湿量对温度的变化率v、绝对湿度的变化率 K来表示。认为，U2的大小可表征材料的调湿能力，v、K的大小可表征材料调湿的快慢。这种观点虽然考虑了材料对温湿度变化的响应，但其是建立在热力学平衡基础上，仍只有在空气温度或绝对湿度变化缓慢，材料与空气间时时处于热湿平衡时，才可认为v、K反映材料对外界响应的快慢，U代表材料瞬时含湿量。而相关研究人员又从实验的角度提出了把密闭空间中温度波动引起的材料单位表面积吸放湿量作为材料的调湿能力F。只要将材料贴于密闭的空间，给予一定的初始条件和周期性温度变化，同时记录密闭空气温度和相对湿度的变化，就可计算出材料的调湿能力。但实验表明，调湿 F随材料暴露面积与体积比（气积比）而变化，也与温度变化的周期、平均值、振幅有关。因此，F不是材料固有的属性。在密闭空间实验基础上，相关研究人员又发现密闭空间中绝对湿度的对数与平衡温度有近似直线关系，从而提出衡量材料调湿能力的另一指标 B。显然，B值越接近于零，室内相对湿度抗外界温度干扰越好，越稳定，即调湿能力越好。B值仍要受到材料种类、用量或厚度、气积比的影响。B值也不是材料本身具有的客观物理量。但若在材料厚度和气积比都相同的条件下，可用 B值比较不同材料调湿性能的好坏。相关研究人员又从热力学两相平衡的角度，利用封闭小箱观测到的实验现象论证并明确了B值物理意义和影响因素。不难看出，B值仍是建立在热湿平衡或准平衡基础之上的，只适于外界温度缓慢变化的情况。但 B值仍可以作为衡量材料调湿性能的有效指标之一。
1. 3 调湿材料的分类
近年来，国内外研究开发的调湿材料品种逐渐增多。根据调湿机理，可将调湿材料分为物理作用调湿材料、化学作用调湿材料及复合调湿材料；根据调湿基材的种类，可将调湿材料分为有机和无机调湿材料两大类；根据不同的调湿基材与制备方法，可将调湿材料分为天然调湿材料与人工调湿材料，而人工调湿材料又包括无机盐调湿材料、无机矿物调湿材料、有机高分子调湿材料、复合调湿材料等。
2 调湿材料的应用与研究进展
2. 1 天然调湿材料
木材、竹炭、木炭等是理想的天然调湿材料。木材调湿性是木材具备的独特性能之一，其调湿特性是靠木材自身的吸湿及解吸作用，直接缓和室内空间的湿度变化。有研究表明，木质装饰材料比合成和无机材料更具有较好的调湿效果。例如，经过相关研究人员对31种木质内装材料的调湿性能进行了研究，得出经树脂处理或贴面的木基材料的调湿性能差于未处理的木基材料。
竹炭是竹子在无氧高温炭化下烧制而成。竹炭的平衡含水率随炭化终点温度的升高而升高，且 700-800℃的竹炭调节湿度的能力较为理想。同时，竹炭的饱和平衡含水率与空气相对湿度、温度有密切关系。木炭也是如此，不同品种的木材烧制而成的木炭孔结构不同，其调湿性能也不同。
2.2 人工合成调湿材料
（1）无机盐调湿材料
无机盐调湿材料的调湿作用完全由盐溶液所对应的饱和蒸气压所决定。在同样温度下，饱和盐溶液的蒸气压越低，所控制的相对湿度越小。虽在差不多整个湿度范围内能够通过选择适当的盐水饱和溶液来维持一定的湿度，但由于大部分固体无机盐都随吸湿量的增加，自身易潮解，且在常温下不稳定，极易产生盐桥，并随时间的延长日趋严重，从而对保存的物品空间产生污染。因此，其应用受到很多的限制。
硅胶是一种具有多孔结构的无定型的二氧化硅，其孔径一般为1. 5—20nm，有效面积可达700m2 /g，对极性分子（H20）的吸附能力超过对非极性分子（如烷烃类）的吸附能力，且吸附可逆。硅胶能吸收重量为其自身 50%的水分。硅胶虽然是一种公认的最有效的湿度控制剂，但由于其在水的吸附与解吸循环中呈现较严重的滞后现象，使其应用受到很大的限制。目前人们正致力于研究一种具有吸湿容量大和响应速度快的特种硅胶。
（2）无机矿物调湿材料
应用于调湿材料的无机矿物比较多，如蒙脱土、硅藻土、沸石粉、海泡石、高岭土等无机矿物，这类无机矿物的主要特点是内部微孔多、比表面积大、吸附能力强。以这类无机矿物为基材，通过一定的制备工艺，可以制备出各类调湿材料。其中， 硅藻土的调湿性能略低， 但其具有较好的杀菌、脱臭、绝热、吸音等功能。
（3）有机高分子调湿材料
有机高分子材料类是一种高调湿容量的调湿材料。1974年美国农业部北方实验室首先研制出吸水量达自重数百倍的树脂，它是将淀粉的丙烯酸接枝共聚物用碱水解而得。近年来，有关高分子调湿材料的研究也越来越多，主要集中于开发较无机调湿材料高的吸湿容量，而且产品的形式也多样化，有粉末状、颗粒状、条状或透明薄膜，可适应不同的应用场合。如何提高高分子调湿材料的响应性是研究热点。
（4）复合调湿材料
复合调湿材料是将不同类型的调湿材料与其它无机材料经反应或混合后制得，最常见的是高吸水性树脂与无机填料复合制备而成的调湿材料。用于复合的高分子材料通常具有超高吸水、吸湿容量，但由于其分子的规整，被吸附的水分难解析，放湿性能差。通过与无机填料的复合（通常为电解质或多孔载体），不仅能充分利用高分子聚合物优越的吸水性，而且能经填料复合，使聚合物内部离子浓度提高，进而增大聚合物内外表面的渗透压，加速聚合物外表面水分进入内部。复合调湿材料不仅吸湿速度增大，而且放湿速度也得到很大的提高。
3 结束语
随着能源紧缺形势的日渐突出， 应用调湿材料调节室内湿度逐渐成为建筑节能一个重要课题。近年来， 调湿材料的研究与应用已经得到快速发展， 其未来将向着智能化、复合化、多功能化、高性能化、实用化、多样化方向。调湿材料作为一种新型的功能材料， 在建筑节能领域将具有更加广阔的应用和发展前景。
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