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WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价

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2024年5月12日发(作者:祝麦冬)

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA F0REST PRoDUCTS INDUSTRY 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价冰 

翟志文王晓欢 费本华 

摘要:建筑围护结构热湿性能是建筑物理研究的重要内容,它影响着建筑的耐久性、能耗水平及居住舒适性。通过 

WUFI Pro(一维瞬态热湿传递模型进行热湿分析,需要正确的构建结构模型、设置边界条件及运用合理的计算方式,以 

尽可能的获取真实的结果。WUFI Pro已经被广泛应用于包括木结构在内的多种建筑形式中,对于新型材料及构造形式 

的开发利用具有积极推动作用。输人参数确定需要的大量工作也一定程度限制了软件的使用。 

关键词:围护结构;热湿模拟;WUFIPro 

中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1001—5299(2017)06—0012—04 

DOI:10.19531/j.issnlO01—5299.201706003 

Application and Evaluation of Hydrothermal Simulation Software WUFI Pro 

ZHAI Zhi—wen1 WANG Xiao—huan FEI Ben—huaI 

(1.Internatiaonal Centre for Bamboo and Rattan,Key Laboratory ofBamboo and Rattan Science and Technology,Beijing 100102,China 

2.Beijing Forestry Machinery Research Institute of the State Forestry Administration,Beijing 100029,China) 

Abstract:The heat and moisture performance of building envelope is an important part of research for 

building physics.It affects the durability,energy consumption and comfortable environment for living.Based on 

WUFT Pro(one-dimensional transient heat and moisture transfer mode1),it needs to build the structural model, 

set the boundary conditions and use reasonable calculation or fhot and humid analysis,in order to obtain the true 

results as much as possible.WUFI Pro has been widely used in a variety of architectural forms.including wood 

structure,which has a positive role in promoting for the development of new materials and constructions.Great 

amount of work needed for input data collecting limits the application of software to some extent. 

Key words: Enclosure;Hydrothermal simulation;WUFI Pro 

建筑围护结构热湿性能是建筑物理研究的重要内 

容。水分对于古建筑以及新建建筑构成的影响不容忽 

可靠、方便的计算分析工具,在设计阶段重点考虑避 

免问题产生,或对已有建筑进行分析维护以降低危 

害。在过去的几十年里,多种模拟软件被开发出来,如 

DELPHIN、MOIST、hygIRC及WUFI等[8-12】。WUFI(瞬 

视…:不适宜的水分状态,可能导致建筑部件乃至结构 

的破坏[2_s ;热湿性能影响着整体建筑的能耗水平l4. 。 

此外,热湿也与健康密切相关,一定温度条件下,较高 

的相对湿度会增加霉菌生长的可能性,可能会导致居 

住者出现过敏症状,某些菌类甚至含有毒素,更会对健 

康产生严重影响f6_ 。 

为了减少由于热湿带来的负面影响,需要一种 

态热湿传送)作为建筑领域有关热湿模拟的专业软件, 

在国外广泛用于科研及实践,但国内因技术原因研究 

人员目前对该软件研究较少,尚未进行实际应用。 

1简介 

WUFI(瞬态热湿传送模型)是由德国弗朗恩霍夫 

国家重点研发计划项目竹质建筑用材连续化成套制造技术集成示范 

(2016YFD0600904)资助 

翟志文,博士研究生,国际竹藤中心,竹藤科学与技术重点实验室 

费本华(通讯作者),研究员,单位同第一作者, 

E—mail:feibenhua@icbr.ae.cn 

建筑物理研究所(FIBP)开发的,在一定的蒸汽压力或 

含水率梯度下,基于Fiek(菲克定律)建立水蒸气传递 

收稿日期:2017-03—07 

模型,基于Darcy(达西定律)建立液态水传送模型,已 

被证实可以用于广泛的建筑材料,包括工程木质材料 

林产工、l 2017年第44卷第6期 

12一 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA F0REST PR0DUCTS INDUSTRY 

如胶合板、刨花板等 。WUFI家族可以分为两大类, 可手动进行 卡}}划分。网格陶也是监洲器布置的依 

据,在每层对J、 的网格放大图中,根据需要布点,监测 

点的有关热湿指标将在最终的模拟结果中显示出来。 

此外,为更贴切的模拟实际使用情况,软件也提供了有 

火水、热、夺气交换源,通过网格在适当位置安放。 

四种产品。WUFI Pro心用于建筑 一或多层复合结构 

如墙体、屋顶等的一维热 模拟;WUFI2D在w【YFI Pro 

的基础 进行了另一维的扩腱,适用于评估具有更为 

复杂几何形状的结构,如建筑拐角,窗户连接, 础界 

而等;WUFI Plus是wu兀家族最为复杂的成员,侧重于 

获得健康舒适居住环境的室内条件及能耗分析,其计 

算输出结果可以用于评估所分析建筑是否达到被动式 

要求;wuFI Passivel ̄1]足针对被动式建筑进行相关计 

算机分析 总的来看, 两者用于建筑部件热湿分析, 

后两者用于整栋建筑热湿及能耗分析 】 

2建模 

髓 三三三三 誉 

在进 热湿模拟it算之前,需要根据研究目的,确 

定结构形式,设置汁算方法,确市边界条件? 

2.1墙体构建 

图l墙体构建 

Fig.1 Wall constructing 

卣 先需要确定研究的墙体结构,由几层构成,每层 

使用的材料及其尺寸j之后将端体在软件f矧形界而 

( 1)中以增减层的方式构建,并以一维形式显示 

2.2计算设置 

在软件中完成墙体设计后,还需要进行一些设置, 

为后续计算做准舒 ,建筑物在实际使用中会受太阳辐 米。需要沣意的是,为了止确地进行模拟计算,必须输 

入组成墙体的各层材料的相关材性数据,如 积密度、 

孑L隙率、比热、导热系数、水蒸汽扩散阻力系数、水分 

储存函数(等温吸放曲线)、液态水传送系数(吸收和分 

)等。软件自带的数据库包含了多种建筑材料的材 

性数据。使用数据库中的材料,则材性数据可直接使 

用。部分建筑材料的材性数据可以从有父研究机构公 

开发表的文献中查得。对于新 建筑材料,或缺少有 

射及降雨的影响,需要对墙体的方位、倾角以及高度进 

行设嚣( 2 o针对墙体朝向,系统默认给 了8个方 

位。倾角是墙体 ̄rlx,f于水平而的角度,在0~90。之间 

(0。埘应平屋顶)。这两者的设置均影响列入射到墙 

体的辐射和雨水皱。进一步的,为了更为准确的反 

墙体的实际受雨懂.软件引入了两个系数,通过公式估 

算任意方位及角度墙体的受雨量。 

关材性数据的,则需要通过试验测试获得 、为保证模 

拟结果的准确性,相关检洲需要依据指定的标准进行。 

根据研究的侧重点,有火 性数据的检测也可酌情简 

化或忽略ll1.如关注的重点为水分传递和分布.则比 

表而传送系数反应的是墒体与周边环境的热湿交 

换程度。埘于墙体外表面,需要根据实际情况来确定 

热阻值,订尤短波和长波辐射等。墙体内表而的设置 

热可直接使用软件推荐值,导热系数町直接使用绝干 

状态值 

墙体各层设引 完成后,软件将自动生成 格罔,I叫 

格的分布是热湿传递公式的计算摹础。网格图r}1 下 

两部分构成,上 的埘应墙体整个厚度方向的各层,下 

方的网格图则是选定层的局部放大。系统默认的 格 

廿 E 

划分有错略、中等及精细一 个级别,应用于不同的情 

形。受墙体构造形式、建筑材料、边界条件的影响,有 

时墙体沿厚度方向会存在较大的温湿梯度、温湿分布 

曲线曲率明显,此时的网格划分需足够的精细以反映 

真实的状态。若默认的精细网格仍不能满足要求,则 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价——翟志文下晓欢 费今华 

图2计算设置 

Fig.2 Calculation setting 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

则相对简单,根据使用材料选择默认的热阻值。 

墙体的初始温湿条件也是计算不可缺少的部分。 

湿度的设置有三种方法:固定值,给出相对湿度值,通 

过湿度储存函数自动计算出各层的含水率;单层输入 

法,在表格中输入各层的初始含水率;导人法,从ASCII 

文件中自动导人,该文件必须由两列构成,第一列显示 

位置,第二列对应含水率。温度的设置有两种方法,输 

入某一温度值及从文件读取。 

在完成上述设置后,需要进一步设定模拟计算的 

起始时间及步长。wUFI将基于时间步长计算出相应 

时间段内各监测点相应量的变化过程。起始及结束时 

刻点的各指标沿厚度方向的分布状态也将自动输出, 

可根据需要酌情增加观察时刻点。时间步长为软件执 

行相邻两次计算的间隔时间,步长不能大于气象数据 

的记录时间间隔。最后,按照具体研究任务,确定计算 

模型,热计算、湿计算或热湿同步计算。通过选择特定 

项,还可单独研究传热系数、毛细管传导等。 

2.3边界条件 

墙体构件将处在一定的室内外环境中。降雨、辐 

射、外界温湿等将直接作用于墙体外表面,一定的室内 

温湿条件也同样作用在墙体内表面上。综合起来,这 

些边界条件将极大地影响墙体的热湿行为ll8】。在模拟 

计算中,势必也需要将这些因素考虑在内。反应到模 

型中,需要给与模型左右两侧一定的边界条件。 

在一维模型中,左侧代表墙体外表面,右侧代表内 

表面,左右两侧的边界条件可以从气象文件中读取,一 

般以小时为读取步长。右侧的边界条件有时可以按照 

有关标准(EN 13788、EN15026、ASHRAE160)基于左 

侧边界条件计算得出。需要注意的一点是,包含降雨 

及辐射的气象条件只能应用左侧,即墙体外表面。当 

为左侧选定一定的气象条件后,会自动以曲线图显示 

出来,还可以对输入的气象数据进行自动分析,使研究 

人员对于气候条件有直观的认识,如温度、相对湿度的 

极值及平均值,年降雨、辐射总量及方位部分等。对于 

有些情况,无需考察边界的短期波动,只需要反应长期 

的一个趋势,则只需建立温度、相对湿度正弦函数作为 

输入条件,有时甚至可以使用固定值。 

wur3 ̄tg墙体瞬态热湿分布,对应每一个计算时间 

点,气候条件需要包含入射墙体外表面的雨速[Llr/(mz h)1, 

太阳辐射(W/m2),环境空气温度(℃)及相对湿度(%), 

室内空气温度(oC)及相对湿度(%),气压(hPa),长波 

大气逆辐射(W/m2)等。这些气候条件可以来源于真 

林产工业 

CHINA FOREST PRoDUCTS INDUSTRY 

实监测的气象数据,也可以人为设定(如进行实验室 

研究)。WUFI主要应用于研究建筑构件暴露在自然环 

境的热湿行为,所以更多时候采用的是实测气象数据 。 

需要注意的是,关于降雨和辐射,一般气象数据提供 

的是相对水平面的指标,而WUFI计算则需要垂直于墙 

体外表面的相应量,需要根据风速、方位等进行换算。 

当研究人员可以提供出 .WAC、*.WET、*.TRY、:l:.DAT 

及 .IWC等格式的气象文件时,转换将作相应的处理。 

IBP及有关研究机构提供了众多区域的典型气候条件, 

可以直接使用。 

3计算和输出 

3.1计算 

模型构建完成后,启动计算。软件提供了两者计 

算模式,一种是陕捷计算,按照设计的时间步长读取边 

界条件,直至显示最终结果;另外一种是伴有影像显示 

的计算,WUFI所执行的每一次计算,结果都将以图形 

呈现出来,研究时间段的整个计算过程以动画记录下来。 

3.2输出 

具体来看,软件的输出结果可以归结为以下三类: 

1)在准备阶段,需要指定墙体结构内部需要观测 

的点,对于多层结构墙体,层与层交接处一般会设检测 

点,通过计算,可以获得待观察位置相关量或指定层平 

均量随时间的演变过程,如围护结构内外表面的热通 

量密度,观察点的温度和相对湿度,以及指定层或整体 

结构含水率的变化等。 

2)通过读取特定时刻监测点的温度、湿度、含水 

率,可以反应相应量在建筑结构厚度方向的分布状态。 

软件将自动记录起始及结束时刻的分布状态,根据需 

要,可以插入任意时间点。 

3)相邻两次计算的时间间隔为时间步长,可根据 

研究目的进行设置。针对某种构造结构模拟计算完成 

后,软件可输出记录影像,包含所有以步长进级时间点 

的相关量的分布状态。通过以上输出结果,研究人员 

可以进一步展开相关分析。 

4优势及局限性 

4.1优势 

WUFI Pro的优势在于最大限度地接近真实环境条 

件进行计算分析,大量研究表明,当材性数据及边界条 

件等输入正确,计算设置合理时,软件模拟的结果是准 

确可靠的l2o]。为新型材料、围护结构的热湿性能研究 

林产工、I 2017年第44卷第6期 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA FoREST PRoDUCTS INDUSTRY 

提供了经济、高效、准确的研究手段。为已呈现热湿问 

题的现存建筑提供了非破坏性的辅助分析工具。随着 

我国木结构的进一步发展,人们对于木结构的品质要 

求也逐步提高,热湿模拟作为围护结构性能的有效评 

价工具,对于我国发展新型木结构、以及基于不断深化 

竹质工程材料开发的竹结构会有积极的推动作用[21—22]。 

4.2局限性 

materials under low water activities.Influence of humidity and 

temperature on fungal growth and secondary metabolism[J].International 

Biodeterioration&Biodegradation.2004.54(4):325—336. 

Karagiozis A.Overview of the 2-D hygrothermal heat—moisture transport 

model LATENITE[J].Internal IRC/BPL Report.1993:239—251. 

Karagiozis A,Salonvaara M,Kumaran K.LATENITE hygrothermal 

material property database[J].IEA Annex,1994,24:1-89. 

ZarrRR.BurehDM.FarmeyAH.Heat andMoistureTransferinW(x 一 

Based Wa11 Const ̄ction[M].Darby:DIANE Publishing,1995. 

Karagiozis A N.wun—ORNL/IBP Hygrothermal Model[R].Oak Ridge 

NationalI.ab.,TN(Us),2001. 

Finch G,Wang J,Rieketts D.Guide for designing energy-eficifent building 

enclosure,sforwood-framemulti-uuit residential buildingsinmarinetodd 

模拟计算所需要的材性数据及边界条件有时是不 

容易获得的,尤其对于新型材料及气候区域,为获得可 

靠的结果,需要大量的基础性研究工作,这也一定程度 

影响了软件的使用。 

5结语 

climate zones in North America[M].Pointe-Claie:FPIrnnovations,2013. 

Kalamees T.Vinha J.Hygrothermal caleulations and laboratory tests on 

timber-framed wall stmetums【JJ.Building and Environment,2003,38(5): 

6R9—697. 

Hameury S.Moisture buffering capacity ofheavytimber slmeturesdirectly 

wuFI在材性数据输入准确、边界条件及计算设置 

合理的前提下,可以准确反映建筑处于实际环境中的 

热湿表现,用于居住舒适性、建筑能耗及建筑材料热湿 

反应特性等的分析,是高效、可靠的热湿评价工具,对 

于新材料的应用及新型构造的研发具有重要意义。 

参考文献 

[1]K n nzel H M.Simultaneous heat and moisture transport in building 

components.One-and two—dimensional calculation using simple 

exposed to an indoor climate:a numerical study[J].Building and Environment, 

2005,4O(1O):140(O1412. 

踟 川 吲 冽 

H ̄iglund M.Moisture content penetration in wood elements under varying 

bouna ̄y conditions[J].Wood Science nd aT ̄hnology,2007,41(61:477-490. 

GotoY,WakiliK G.OstermeyerY eta1.Preliminaryinvestigation ofavapor- 

open envelope tailored for subtropical ehmate[J].Builindg and Environment, 

2011,46(3):719-728. 

Antretter F,Holm A,Karagiozis D I A,et a1.Interior temperature and 

relative humidity rifstributionsinmixed-humid and cold climats easbuilding 

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[4]lJi Y,Yu H,Sharmin T,et a1.Towards energy-Eficifent homes:Evaluating 

the hygrothermM performance of different wall assemblies through long— 

environmentofageneric chumhinEurope[C]#Proeeedingsofthe2Ⅲ Europe.an 

WorkshoponCulturalHeritagePreseEvationEWCHP-2012,Kjeller,Norway, 

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McClung R,Ge H,Straube J,et 1.Hygrotahermal performance of cross- 

laminatdteimberwall assembheswih tb 卜inmoisture' ̄eldmeasurements 

[5 J Antonyov d A,Korjenic A,Antony P,et 1.Hygrothermaal properties of 

building envelopes:reliability of the effectiveness of energy saving[J]. 

Enery gand Buildings,2013,57:187-192. 

and simulations[]J.Baaing nd aEnvironment,2014,71:95-1 10. 

于文吉,余养伦,周月,等.小径竹重组结构材性能影响因子的研究叨. 

林产工业,2oO6 33(6):24-28. 

巩智民,李鹏.新型木结构房屋产业化发展的若干技术问题IJ1.林产 

工业,2014.41(3):43-45. 

[6]Viitanen H,Hanhijifrvi A,Hukka A,et a1.Modellingmould growth and 

decay damages[C]//Proeeedings of Healthy Bui|dings.2000,3:341—346. 

[7】Nielsen K F,Holm G,Uttrup L P,et a1.Mould growth on building 

(责任编辑

余珊) 

专利技术・ 

种控制甲醛释放量的多功能制剂 

明的水溶性液体,固体含量 10%,pH值为7.5~8.0,比重为 

【申请号】CN201610945664.4【申请日】2016—10—26 

【公开号】CN106366974A 

【申请人】东北林业大学 

【公开日】2017—02—01 

1.02—1.10,主要成分是氨基化合物,不含有溶剂和有害物质,能 

与甲醛迅速反应,且一旦反应永不分解,不会产生二次污染。而 

且操作简便、反应条件温和,不会出现吸附饱和、对低浓度的有 该发明公开了一种控制甲醛释放量的多功能制剂,所述 

多功能制剂按照质量百分比由以下成分组成:酰肼类化合 

物5%~30%、硼酸盐类2%~25%、碳酸盐类2%~25%、蒸馏水 

20%~80%。该发明的多功能制剂是一种无色、无味、无毒透 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价——翟志文王晓欢

机污染物也有很好的处理效果等特点,能有效将空气中的有机 

污染物转化为二氧化碳和水,达到完全净化的目的,同时具有防 

腐、防霉防菌等功能。 

费本华 

15一 

2024年5月12日发(作者:祝麦冬)

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA F0REST PRoDUCTS INDUSTRY 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价冰 

翟志文王晓欢 费本华 

摘要:建筑围护结构热湿性能是建筑物理研究的重要内容,它影响着建筑的耐久性、能耗水平及居住舒适性。通过 

WUFI Pro(一维瞬态热湿传递模型进行热湿分析,需要正确的构建结构模型、设置边界条件及运用合理的计算方式,以 

尽可能的获取真实的结果。WUFI Pro已经被广泛应用于包括木结构在内的多种建筑形式中,对于新型材料及构造形式 

的开发利用具有积极推动作用。输人参数确定需要的大量工作也一定程度限制了软件的使用。 

关键词:围护结构;热湿模拟;WUFIPro 

中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1001—5299(2017)06—0012—04 

DOI:10.19531/j.issnlO01—5299.201706003 

Application and Evaluation of Hydrothermal Simulation Software WUFI Pro 

ZHAI Zhi—wen1 WANG Xiao—huan FEI Ben—huaI 

(1.Internatiaonal Centre for Bamboo and Rattan,Key Laboratory ofBamboo and Rattan Science and Technology,Beijing 100102,China 

2.Beijing Forestry Machinery Research Institute of the State Forestry Administration,Beijing 100029,China) 

Abstract:The heat and moisture performance of building envelope is an important part of research for 

building physics.It affects the durability,energy consumption and comfortable environment for living.Based on 

WUFT Pro(one-dimensional transient heat and moisture transfer mode1),it needs to build the structural model, 

set the boundary conditions and use reasonable calculation or fhot and humid analysis,in order to obtain the true 

results as much as possible.WUFI Pro has been widely used in a variety of architectural forms.including wood 

structure,which has a positive role in promoting for the development of new materials and constructions.Great 

amount of work needed for input data collecting limits the application of software to some extent. 

Key words: Enclosure;Hydrothermal simulation;WUFI Pro 

建筑围护结构热湿性能是建筑物理研究的重要内 

容。水分对于古建筑以及新建建筑构成的影响不容忽 

可靠、方便的计算分析工具,在设计阶段重点考虑避 

免问题产生,或对已有建筑进行分析维护以降低危 

害。在过去的几十年里,多种模拟软件被开发出来,如 

DELPHIN、MOIST、hygIRC及WUFI等[8-12】。WUFI(瞬 

视…:不适宜的水分状态,可能导致建筑部件乃至结构 

的破坏[2_s ;热湿性能影响着整体建筑的能耗水平l4. 。 

此外,热湿也与健康密切相关,一定温度条件下,较高 

的相对湿度会增加霉菌生长的可能性,可能会导致居 

住者出现过敏症状,某些菌类甚至含有毒素,更会对健 

康产生严重影响f6_ 。 

为了减少由于热湿带来的负面影响,需要一种 

态热湿传送)作为建筑领域有关热湿模拟的专业软件, 

在国外广泛用于科研及实践,但国内因技术原因研究 

人员目前对该软件研究较少,尚未进行实际应用。 

1简介 

WUFI(瞬态热湿传送模型)是由德国弗朗恩霍夫 

国家重点研发计划项目竹质建筑用材连续化成套制造技术集成示范 

(2016YFD0600904)资助 

翟志文,博士研究生,国际竹藤中心,竹藤科学与技术重点实验室 

费本华(通讯作者),研究员,单位同第一作者, 

E—mail:feibenhua@icbr.ae.cn 

建筑物理研究所(FIBP)开发的,在一定的蒸汽压力或 

含水率梯度下,基于Fiek(菲克定律)建立水蒸气传递 

收稿日期:2017-03—07 

模型,基于Darcy(达西定律)建立液态水传送模型,已 

被证实可以用于广泛的建筑材料,包括工程木质材料 

林产工、l 2017年第44卷第6期 

12一 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA F0REST PR0DUCTS INDUSTRY 

如胶合板、刨花板等 。WUFI家族可以分为两大类, 可手动进行 卡}}划分。网格陶也是监洲器布置的依 

据,在每层对J、 的网格放大图中,根据需要布点,监测 

点的有关热湿指标将在最终的模拟结果中显示出来。 

此外,为更贴切的模拟实际使用情况,软件也提供了有 

火水、热、夺气交换源,通过网格在适当位置安放。 

四种产品。WUFI Pro心用于建筑 一或多层复合结构 

如墙体、屋顶等的一维热 模拟;WUFI2D在w【YFI Pro 

的基础 进行了另一维的扩腱,适用于评估具有更为 

复杂几何形状的结构,如建筑拐角,窗户连接, 础界 

而等;WUFI Plus是wu兀家族最为复杂的成员,侧重于 

获得健康舒适居住环境的室内条件及能耗分析,其计 

算输出结果可以用于评估所分析建筑是否达到被动式 

要求;wuFI Passivel ̄1]足针对被动式建筑进行相关计 

算机分析 总的来看, 两者用于建筑部件热湿分析, 

后两者用于整栋建筑热湿及能耗分析 】 

2建模 

髓 三三三三 誉 

在进 热湿模拟it算之前,需要根据研究目的,确 

定结构形式,设置汁算方法,确市边界条件? 

2.1墙体构建 

图l墙体构建 

Fig.1 Wall constructing 

卣 先需要确定研究的墙体结构,由几层构成,每层 

使用的材料及其尺寸j之后将端体在软件f矧形界而 

( 1)中以增减层的方式构建,并以一维形式显示 

2.2计算设置 

在软件中完成墙体设计后,还需要进行一些设置, 

为后续计算做准舒 ,建筑物在实际使用中会受太阳辐 米。需要沣意的是,为了止确地进行模拟计算,必须输 

入组成墙体的各层材料的相关材性数据,如 积密度、 

孑L隙率、比热、导热系数、水蒸汽扩散阻力系数、水分 

储存函数(等温吸放曲线)、液态水传送系数(吸收和分 

)等。软件自带的数据库包含了多种建筑材料的材 

性数据。使用数据库中的材料,则材性数据可直接使 

用。部分建筑材料的材性数据可以从有父研究机构公 

开发表的文献中查得。对于新 建筑材料,或缺少有 

射及降雨的影响,需要对墙体的方位、倾角以及高度进 

行设嚣( 2 o针对墙体朝向,系统默认给 了8个方 

位。倾角是墙体 ̄rlx,f于水平而的角度,在0~90。之间 

(0。埘应平屋顶)。这两者的设置均影响列入射到墙 

体的辐射和雨水皱。进一步的,为了更为准确的反 

墙体的实际受雨懂.软件引入了两个系数,通过公式估 

算任意方位及角度墙体的受雨量。 

关材性数据的,则需要通过试验测试获得 、为保证模 

拟结果的准确性,相关检洲需要依据指定的标准进行。 

根据研究的侧重点,有火 性数据的检测也可酌情简 

化或忽略ll1.如关注的重点为水分传递和分布.则比 

表而传送系数反应的是墒体与周边环境的热湿交 

换程度。埘于墙体外表面,需要根据实际情况来确定 

热阻值,订尤短波和长波辐射等。墙体内表而的设置 

热可直接使用软件推荐值,导热系数町直接使用绝干 

状态值 

墙体各层设引 完成后,软件将自动生成 格罔,I叫 

格的分布是热湿传递公式的计算摹础。网格图r}1 下 

两部分构成,上 的埘应墙体整个厚度方向的各层,下 

方的网格图则是选定层的局部放大。系统默认的 格 

廿 E 

划分有错略、中等及精细一 个级别,应用于不同的情 

形。受墙体构造形式、建筑材料、边界条件的影响,有 

时墙体沿厚度方向会存在较大的温湿梯度、温湿分布 

曲线曲率明显,此时的网格划分需足够的精细以反映 

真实的状态。若默认的精细网格仍不能满足要求,则 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价——翟志文下晓欢 费今华 

图2计算设置 

Fig.2 Calculation setting 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

则相对简单,根据使用材料选择默认的热阻值。 

墙体的初始温湿条件也是计算不可缺少的部分。 

湿度的设置有三种方法:固定值,给出相对湿度值,通 

过湿度储存函数自动计算出各层的含水率;单层输入 

法,在表格中输入各层的初始含水率;导人法,从ASCII 

文件中自动导人,该文件必须由两列构成,第一列显示 

位置,第二列对应含水率。温度的设置有两种方法,输 

入某一温度值及从文件读取。 

在完成上述设置后,需要进一步设定模拟计算的 

起始时间及步长。wUFI将基于时间步长计算出相应 

时间段内各监测点相应量的变化过程。起始及结束时 

刻点的各指标沿厚度方向的分布状态也将自动输出, 

可根据需要酌情增加观察时刻点。时间步长为软件执 

行相邻两次计算的间隔时间,步长不能大于气象数据 

的记录时间间隔。最后,按照具体研究任务,确定计算 

模型,热计算、湿计算或热湿同步计算。通过选择特定 

项,还可单独研究传热系数、毛细管传导等。 

2.3边界条件 

墙体构件将处在一定的室内外环境中。降雨、辐 

射、外界温湿等将直接作用于墙体外表面,一定的室内 

温湿条件也同样作用在墙体内表面上。综合起来,这 

些边界条件将极大地影响墙体的热湿行为ll8】。在模拟 

计算中,势必也需要将这些因素考虑在内。反应到模 

型中,需要给与模型左右两侧一定的边界条件。 

在一维模型中,左侧代表墙体外表面,右侧代表内 

表面,左右两侧的边界条件可以从气象文件中读取,一 

般以小时为读取步长。右侧的边界条件有时可以按照 

有关标准(EN 13788、EN15026、ASHRAE160)基于左 

侧边界条件计算得出。需要注意的一点是,包含降雨 

及辐射的气象条件只能应用左侧,即墙体外表面。当 

为左侧选定一定的气象条件后,会自动以曲线图显示 

出来,还可以对输入的气象数据进行自动分析,使研究 

人员对于气候条件有直观的认识,如温度、相对湿度的 

极值及平均值,年降雨、辐射总量及方位部分等。对于 

有些情况,无需考察边界的短期波动,只需要反应长期 

的一个趋势,则只需建立温度、相对湿度正弦函数作为 

输入条件,有时甚至可以使用固定值。 

wur3 ̄tg墙体瞬态热湿分布,对应每一个计算时间 

点,气候条件需要包含入射墙体外表面的雨速[Llr/(mz h)1, 

太阳辐射(W/m2),环境空气温度(℃)及相对湿度(%), 

室内空气温度(oC)及相对湿度(%),气压(hPa),长波 

大气逆辐射(W/m2)等。这些气候条件可以来源于真 

林产工业 

CHINA FOREST PRoDUCTS INDUSTRY 

实监测的气象数据,也可以人为设定(如进行实验室 

研究)。WUFI主要应用于研究建筑构件暴露在自然环 

境的热湿行为,所以更多时候采用的是实测气象数据 。 

需要注意的是,关于降雨和辐射,一般气象数据提供 

的是相对水平面的指标,而WUFI计算则需要垂直于墙 

体外表面的相应量,需要根据风速、方位等进行换算。 

当研究人员可以提供出 .WAC、*.WET、*.TRY、:l:.DAT 

及 .IWC等格式的气象文件时,转换将作相应的处理。 

IBP及有关研究机构提供了众多区域的典型气候条件, 

可以直接使用。 

3计算和输出 

3.1计算 

模型构建完成后,启动计算。软件提供了两者计 

算模式,一种是陕捷计算,按照设计的时间步长读取边 

界条件,直至显示最终结果;另外一种是伴有影像显示 

的计算,WUFI所执行的每一次计算,结果都将以图形 

呈现出来,研究时间段的整个计算过程以动画记录下来。 

3.2输出 

具体来看,软件的输出结果可以归结为以下三类: 

1)在准备阶段,需要指定墙体结构内部需要观测 

的点,对于多层结构墙体,层与层交接处一般会设检测 

点,通过计算,可以获得待观察位置相关量或指定层平 

均量随时间的演变过程,如围护结构内外表面的热通 

量密度,观察点的温度和相对湿度,以及指定层或整体 

结构含水率的变化等。 

2)通过读取特定时刻监测点的温度、湿度、含水 

率,可以反应相应量在建筑结构厚度方向的分布状态。 

软件将自动记录起始及结束时刻的分布状态,根据需 

要,可以插入任意时间点。 

3)相邻两次计算的时间间隔为时间步长,可根据 

研究目的进行设置。针对某种构造结构模拟计算完成 

后,软件可输出记录影像,包含所有以步长进级时间点 

的相关量的分布状态。通过以上输出结果,研究人员 

可以进一步展开相关分析。 

4优势及局限性 

4.1优势 

WUFI Pro的优势在于最大限度地接近真实环境条 

件进行计算分析,大量研究表明,当材性数据及边界条 

件等输入正确,计算设置合理时,软件模拟的结果是准 

确可靠的l2o]。为新型材料、围护结构的热湿性能研究 

林产工、I 2017年第44卷第6期 

研究与分析 

RESEARCH&ANALYSIS 

林产工业 

CHINA FoREST PRoDUCTS INDUSTRY 

提供了经济、高效、准确的研究手段。为已呈现热湿问 

题的现存建筑提供了非破坏性的辅助分析工具。随着 

我国木结构的进一步发展,人们对于木结构的品质要 

求也逐步提高,热湿模拟作为围护结构性能的有效评 

价工具,对于我国发展新型木结构、以及基于不断深化 

竹质工程材料开发的竹结构会有积极的推动作用[21—22]。 

4.2局限性 

materials under low water activities.Influence of humidity and 

temperature on fungal growth and secondary metabolism[J].International 

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Finch G,Wang J,Rieketts D.Guide for designing energy-eficifent building 

enclosure,sforwood-framemulti-uuit residential buildingsinmarinetodd 

模拟计算所需要的材性数据及边界条件有时是不 

容易获得的,尤其对于新型材料及气候区域,为获得可 

靠的结果,需要大量的基础性研究工作,这也一定程度 

影响了软件的使用。 

5结语 

climate zones in North America[M].Pointe-Claie:FPIrnnovations,2013. 

Kalamees T.Vinha J.Hygrothermal caleulations and laboratory tests on 

timber-framed wall stmetums【JJ.Building and Environment,2003,38(5): 

6R9—697. 

Hameury S.Moisture buffering capacity ofheavytimber slmeturesdirectly 

wuFI在材性数据输入准确、边界条件及计算设置 

合理的前提下,可以准确反映建筑处于实际环境中的 

热湿表现,用于居住舒适性、建筑能耗及建筑材料热湿 

反应特性等的分析,是高效、可靠的热湿评价工具,对 

于新材料的应用及新型构造的研发具有重要意义。 

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[7】Nielsen K F,Holm G,Uttrup L P,et a1.Mould growth on building 

(责任编辑

余珊) 

专利技术・ 

种控制甲醛释放量的多功能制剂 

明的水溶性液体,固体含量 10%,pH值为7.5~8.0,比重为 

【申请号】CN201610945664.4【申请日】2016—10—26 

【公开号】CN106366974A 

【申请人】东北林业大学 

【公开日】2017—02—01 

1.02—1.10,主要成分是氨基化合物,不含有溶剂和有害物质,能 

与甲醛迅速反应,且一旦反应永不分解,不会产生二次污染。而 

且操作简便、反应条件温和,不会出现吸附饱和、对低浓度的有 该发明公开了一种控制甲醛释放量的多功能制剂,所述 

多功能制剂按照质量百分比由以下成分组成:酰肼类化合 

物5%~30%、硼酸盐类2%~25%、碳酸盐类2%~25%、蒸馏水 

20%~80%。该发明的多功能制剂是一种无色、无味、无毒透 

WUFI Pro热湿模拟软件的应用及评价——翟志文王晓欢

机污染物也有很好的处理效果等特点,能有效将空气中的有机 

污染物转化为二氧化碳和水,达到完全净化的目的,同时具有防 

腐、防霉防菌等功能。 

费本华 

15一 

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