结露 — CAE用语解说

是的。用CAE时，「饱和水蒸气压」和「露点温度」是关键。某一温度的空气能保持的最大水蒸气量叫饱和水蒸气压，超过这个量就开始凝结。比如，25℃的空气饱和水蒸气压约为3169 Pa。当前空气中的水蒸气分压达到该值时的温度就是「露点温度」，这个温度如果比墙面温度还低，就会发生结露。

是的。这是热传导、对流和物质扩散的耦合问题。基本方程是非定常热传导方程和水蒸气扩散方程（Fick定律）。墙内热传导为

很好的观察。墙的内部存在温度分布和水蒸气分压分布。当外气侧温度低、内气侧温度高且湿度高时，水蒸气在扩散穿过墙体的过程中，会出现该处温度低于水蒸气分压对应露点温度的位置。例如，断热材内部出现这种情况时，断热性能会大幅下降，还会导致结构材腐烂。要预测这种情况，需要考虑各种材料的透湿阻力（相当空气层厚度，如石膏板约2.0 m、玻璃棉约0.5 m）。

「分别求解」的非耦合方法很难精准预测结露。这是因为凝结和蒸发产生的潜热会直接影响温度场，进而影响水蒸气压。实务中用「耦合多物理求解器」，把温度场和水蒸气浓度场作为未知数，用Newton-Raphson法等迭代法一次性求解联立方程组。时间积分用隐式方法，时间步长通常设定为几分钟到1小时。

移动网格的方法（界面追踪法）也存在，但CAE中主要用「焓法」或「有效湿度法」这样的固定网格方法。这些方法根据材料的湿度改变比热和热导率。更高级的有用「相场法」的，考虑界面能来模拟液滴的生成和合并，不过在建筑领域的实务中还是前者为主。

实务评估必须用非定常计算。把外气温和相对湿度的时间序列数据作为边界条件输入。日本用「拡張数据」或建築環境省機構提供的「標準気象数据」。结合室内条件（比如住宅居室温度20℃、相对湿度60%），评估全年的结露风险。通常计算周期为1年，为了消除初始条件的影响，先做数天到数周的预热计算。

首先是「墙体构成」的详细信息。外装材、透湿防水膜、断热材、气密膜、内装材各层的厚度和材料要明确。然后是各材料的物性值：热导率（λ值，单位 W/(m·K)）、密度、比热，以及透湿系数（μ值）或水蒸气透过阻力。这些以JIS A 0203（建材的湿气特性）等为参考。比如发泡聚苯乙烯的λ值约0.034、透湿阻力约80 m。

为了评估热桥（Heat Bridge）的影响，二维断面分析是基本做法。特别是混凝土楼板和外墙的接合部、窗框周边、阳台凸出部等，要用二维模型详细评估。三维分析成本高，一般只在复杂形状的接合部或涉及漏风的复合现象时用。现实来说，先针对重要的断面做二维分析更实用。

主要有两个指标。一是「表面结露有无」。全年来看，室内侧表面温度是否有时间低于露点温度。二是「内部结露量」。计算墙内凝结的水量，确保不超过允许范围。比如，为了判断木材腐烂风险，要看木材含水率是否会长期超过20%。在省能标准和住宅性能表示制度中，要求断热缺陷部的内表面温度不结露。

专用软件（比如WUFI®、THERB for HAM）内置了建材的吸放湿特性、毛细输运等关于湿气移动的高级物理模型，以及丰富的材料数据库。对建筑法规的适合性检查功能也很强。反之，通用CAE（Ansys、COMSOL Multiphysics®）在热传导和扩散的耦合建模上自由度高，能处理复杂形状和其他物理现象的耦合（如结构应力）。但材料的湿气特性需要用户全部定义。

「热传递」模块的「湿润空气热传递」界面基本上可以直接用。这个界面能耦合求解温度场和水蒸气浓度场。要处理凝结和蒸发，在「湿润空气域」设置中启用「包含水分输运」，在墙边界加「水分流」条件就行。材料物性在「材料库」里有一些，但建筑材料大多需要自己注册。

确实用法不同。墙内热湿传导这样的固体内扩散问题，用Ansys Mechanical的「热」和「扩散」耦合分析可以处理。用APDL指令或Workbench的「Commands」来定制。反过来，要耦合室内气流和墙面结露（比如冷库或数据中心的冷热通道），用Fluent的「Species Transport」模型和「Multiphase Model」的「Evaporation-Condensation」模型组合。

最常见的原因是凝结和蒸发产生的潜热变化很大，时间步长相对太大。潜热影响局部且幅度大，即使用隐式方法也会影响稳定性。对策：1. 减小时间步长（比如从1小时改10分钟）。2. 减小求解器的松弛系数。3. 在凝结量计算式里加入轻微「过饱和」容限来做数值阻尼。先试试把时间步长改为1/10。

首先怀疑「透湿阻力」设定有误。透湿系数μ值太小（过度透湿），或反之内装材的透湿阻力太大，导致水蒸气被困在内部的可能性。其次，没有考虑材料的「吸放湿特性」。实际建材能吸附一定水分，相变前含水率会上升。纯扩散模型中，饱和后会立即大量凝结。需要用专用软件或建立含吸湿区的模型。

要检查「热容」的设定。密度（ρ）和比热（c）的乘积——体积热容太大（比如混凝土的ρc约2.0×10^6 J/(m³·K)）会导致温度变化迟滞。还有外气侧的热传递系数（对流边界条件）设置过小吗（比如默认的5 W/(m²·K)，而不是考虑风速的20 W/(m²·K)）。室内外热传递系数设定对结果影响很大。