引言
近年来，随着对建筑能效和室内热舒适日益重视 [1]，利用材料固有的热湿调节能力进行被动式能量管理已成为研究热点。相变材料（PCMs）和吸湿材料是两类最具代表性的功能材料 [[2], [3], [4]]。相变材料利用其在相变过程中吸收或释放大量潜热的特性，有效缓解室内温度波动并降低建筑能耗 [[5], [6], [7]]。除建筑围护结构外，相变材料还被广泛应用于建筑能源系统中，作为供暖、制冷及可再生能源利用的潜热储能介质 [8]。为改善相变材料储能系统的热性能，近期研究聚焦于通过金属泡沫集成和优化结构设计等方法增强传热 [9,10]。这些进展推动了相变材料应用从单一材料向先进热管理系统的转变。吸湿材料通过吸湿和释湿过程调节室内空气相对湿度，无需额外能耗，从而有助于被动式湿度控制和改善室内湿度舒适度 [11,12]。
然而，仅改善室内热舒适或湿度舒适并不能真正提升整体室内环境舒适度或实现建筑节能。通过结合相变材料和吸湿材料，可以开发兼具热湿调节性能的复合材料 [[13], [14], [15], [16]]。将吸湿相变材料（HPCMs）应用于建筑领域以充分发挥其性能并满足建筑能效和室内环境舒适度要求，需要研究这些材料的热湿传递特性。目前关于HPCMs在建筑围护结构中的研究主要集中在材料的湿热性能及其对室内环境和建筑能耗的影响 [[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30]]。Sawadogo等人 [17] 开发并表征了一种生物基相变材料大麻混凝土，然后研究了这种新型相变材料大麻混凝土在建筑被动式热储能中的湿热性能。结果表明，相变材料大麻混凝土具有良好的温度调节能力，最大时间延迟为30分钟，参考样与相变材料大麻混凝土之间的温差约为4.6°C。Ferroukhi等人 [18] 通过将有机和非石蜡类相变材料引入大麻混凝土，开发了一种新型生物基复合热增强材料。研究考虑了不同的相变材料含量，即粘结剂质量的5%、10%和15%。研究结论表明，在大麻混凝土中加入相变材料会导致力学强度下降，热储能能力增强，但对吸湿性能没有显著影响。Melouka等人 [19] 将硅藻土和相变材料引入混凝土中以增强其热工和吸湿性能。结果表明，掺入100%硅藻土的混凝土显著降低了温度和湿度波动，与普通混凝土相比热流降低了33%。Wu等人 [22] 提出了一种将相变材料和大麻混凝土集成的被动式围护结构方案，以同时改善建筑的能源、热工和湿度性能。基于相变材料性能及其在围护结构中的位置，通过数值方法研究了集成围护结构的性能。研究结果强调了湿度传递在确定室内湿度环境和热负荷方面不可替代的作用，以及集成围护结构在改善能源和湿热性能方面的显著效果。Bentrar等人 [28] 提出并严格评估了一种创新性复合墙体系统，该系统协同结合了硅藻土和石蜡。在所有配置中，内表面和外表面均采用硅藻土和12%石蜡抹灰的砖墙被确定为最具创新性和高性能的配置，热流降低最高达40%，同时确保优异的热绝缘和湿度稳定性。如上所述，已有文献综述主要聚焦于HPCMs的制备和性能表征以及HPCMs在建筑中的应用，但对HPCMs在墙体中作用机制的分析非常有限。
吸湿材料会在空气湿度变化时吸收或释放水分，该过程涉及显著的热交换。由于吸湿或释湿，吸湿材料内部的温度分布会发生显著变化。据报道，吸湿材料的释湿冷却可将热浪期间的平均操作温度降低1.31°C [31]。由于吸附热，室内实木构件的温升可补偿冬季通过墙体构件热损失的三分之一 [32]。这种显著的温度变化和热交换不可避免地会干扰复合墙体中相变材料的相变过程，从而改变潜热利用的时机和效率。
当材料吸湿时，水分子被吸附到墙体表面并释放吸附热；而在释湿过程中，则从周围环境吸收热量，从而产生冷却效应。吸附热由两部分组成：一部分是由于范德华力吸引导致水蒸气凝结为液态水所释放的凝结热；另一部分是由于墙体表面与水蒸气之间的吸引作用，降低了水蒸气的自由度从而释放的热量。这部分热量属于表面能，称为净等容吸附热 [33,34]。已有若干研究通过实验测定的湿吸等温线确定净等容吸附热，从而表征了吸湿多孔材料的吸湿热力学特性 [[35], [36], [37], [38]]。这些研究主要聚焦于表征吸湿材料的平衡热力学性质，如湿吸行为和干燥能耗需求，而非其在耦合热湿传递过程中的作用。
然而，在传统的建筑围护结构热湿传递模型中，净等容吸附热通常被认为远小于汽化潜热，因此在能量平衡方程中被忽略。因此，通常仅考虑与湿传输相关的汽化潜热。在HPCM系统中，吸湿材料的湿吸与相变材料的相变可能同时发生，此时吸附和释湿过程中释放或吸收的热量可与相变材料的潜热相互作用。这种热相互作用可能导致局部能量交换中出现叠加或抵消效应，从而影响相变行为。因此，忽略净等容吸附热可能导致在湿吸与相变材料相变同时发生时，对相变行为的预测不准确。为澄清净等容吸附热在现有方法中的处理方式，表1对比了典型耦合热湿传递模型及相关研究中对净等容吸附热的处理方式。
如表1所示，净等容吸附热通常未被纳入大多数现有热湿传递模型中。修正Luikov模型 [40] 通过引入吸附热参数来考虑湿吸的热量效应，但该参数并未明确定义为净等容吸附热。一些热力学研究基于平衡等温线评估了吸湿材料的净等容吸附热 [44]，少数研究将此效应纳入木材湿传输分析 [34]。然而，这些工作仅关注湿行为，未考虑湿吸与相变材料相变同时发生的情况。对于HPCM及类似复合墙体系统，大多数现有模型仍然忽略与湿吸相关的热量效应 [28,30,45]。因此，目前仍不清楚忽略此效应是否会影响预测的耦合热湿行为和此类系统中相变材料的相变过程。为解决这一问题，本研究将净等容吸附热引入HPCM墙体的耦合热湿传递模型中。本研究的主要贡献总结如下：(1) 将净等容吸附热纳入HPCM墙体的耦合热湿传递模型，以评估纳入或忽略该热量项的影响；(2) 在恒温和周期边界条件下，阐明净等容吸附热对瞬态湿热响应的影响；(3) 定量评估净等容吸附热对相变材料相变行为的影响。本研究深化了对净等容吸附热在HPCM墙体中作用的理解，并为涉及多孔材料相变的耦合热湿传递过程的精细化建模提供了理论支持。
