CN113396260A - 用于被动式热和水管理的多功能系统 - Google Patents

Abstract

在一个实施方案中，提供了一种多功能材料系统，该系统可包括可变渗透率层、干燥剂容纳层和蒸气可渗透支撑层。可变渗透率层可具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率。干燥剂容纳层可邻近可变渗透率层。蒸气可渗透支撑层可安置为邻近可变渗透率层和干燥剂容纳层中的至少一者。当邻近可变渗透率层的相对湿度大于干燥剂层时，水将沿从可变渗透率层到干燥剂层的第一方向移动。当邻近干燥剂容纳层的相对湿度大于可变渗透率层时，水将沿从干燥剂容纳层到可变渗透率层的第二相反方向移动。当湿度梯度反转时，水在第一方向上的运动速率将大于第二方向。

Description

用于被动式热和水管理的多功能系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月31日提交并且题为“Construction MaterialsIncorporating A Multifunctional Subsystem For Passive Heat And WaterManagement In Building Envelopes”的美国临时专利申请号62/725,446的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

期望外围结构(enclosure)如建筑物以可承受的成本拥有特性如能量效率、舒适性和耐久性。然而，同时实现这些特性的尝试可能陷入冲突。举例来说，可通过使用隔热材料和增加建筑物的气密性来改善建筑物的能量效率。然而，湿度控制将是越来越关注的问题。值得注意的是，通过外围结构的隔热材料和气密性获得高R-值(抵抗热传导的量度)可能导致对水蒸气的渗透性降低并增加冷凝、湿害和发霉的风险。因此，随着能量效率的改善，耐久性和舒适性常会下降。

发明内容

已开发出多种技术来提供改善的湿度控制。在一个方面，“智能”蒸气阻滞器膜表现出对水蒸气的渗透性，该渗透性随相对湿度而变化。例如，所述膜的渗透性会随相对湿度的增加而急剧增加，这允许壁在水渗入时变干，同时所述膜的渗透性会随相对湿度的降低而降低，从而阻滞水蒸气向壁中的扩散。然而，当外部相对湿度升高时，即便是智能蒸气阻滞器也允许有限量的水进入到壁中，因为扩散会使水蒸气朝降低湿度的方向移动。一旦相对湿度下降，从壁移除水蒸气所需的时间的量大约等于水蒸气被加到壁期间的时间的量。也就是说，当跨壁的相对湿度梯度大小反转时，智能蒸气阻滞器会在水蒸气的进入和排出方面表现出时间对称性。因此，可以理解，与相对湿度条件反转时水蒸气的排出相比，智能蒸气阻滞器缺乏优先抑制水蒸气进入的机制。

基于干燥剂的系统是另一种现有技术湿度控制技术。干燥剂系统通过将水吸附到干燥剂材料的表面而直接从空气移除水。当干燥剂材料被加热时，吸附的水将被驱离干燥剂的表面。此过程将恢复干燥剂对空气除湿的能力。相比之下，现有的HVAC系统通过首先将空气冷却到露点以下、然后再将其加热到所需温度来从空气移除水。由于HVAC系统在运行期间需要动力来冷却和加热空气，故在湿度控制方面，它们的能量效率显著低于现有的HVAC系统。然而，尽管与现有的HVAC系统相比基于干燥剂的除湿系统具有更高的能量效率，但它们仍会消耗能量来产生再生干燥剂所需的热。

应理解，建筑物能量效率的改善常常会显著增加建筑成本。通常，安装额外的空气、湿度和热控制层会显著增加人工成本。因此，能够同时调节水蒸气的进入和排出、存储和释放热以及进行加湿和除湿的多功能建筑材料可改善建筑物的热湿性能，提供改善的能量效率，同时还降低建筑的人工成本。此外，能够在不移动机械零件或动力的情况下对空气加湿和除湿的多功能材料可提供进一步的效率改善。

本公开的实施方案提供了一种解决这些问题的多功能材料系统。多功能材料系统的第一个功能是以类似于相变材料(PCM)的方式存储和释放热能。通常，PCM可通过随着周围温度分别升高或降低越过相变温度而吸收或释放潜热来调节温度。现有的PCM可在液态和固态之间发生相变，如在石蜡的情况下，及在水合状态和无水状态之间发生相变，如在盐水合物的情况下。当水在材料表面上在气态和冷凝态之间(例如，水相图的汽化/冷凝线)跨越时，多功能材料系统可吸收或释放热。这种类似于PCM的行为可通过将HVAC系统上的能量需求减少等于所传递的潜热的量来提供改善的能量效率。

多功能材料系统的第二个功能是以湿度缓冲的方式存储和释放水蒸气。湿度缓冲也称为水分缓冲，其特征在于材料通过吸收和解吸来自周围空气的水蒸气而缓和相对湿度的变化的能力。湿度是决定人舒适度的一个重要因素，大多数人更喜欢相对湿度在约35％-60％的范围内的环境。过高的湿度水平还会创造霉、霉菌和尘螨可滋生的条件。过低的湿度水平还可能导致眼睛和皮肤干燥，增加呼吸问题的风险，或增加患感冒或流感的风险。

多功能材料系统的第三个功能是以水蒸气二极管(也称为单向水蒸气阀)的方式在干燥剂层的方向上偏置水蒸气的扩散流。即，水蒸气的扩散流在水蒸气二极管的“打开”方向上是被允许的而在水蒸气二极管的“闭合”方向上是被抑制的。多功能材料系统的这种功能将抑制水蒸气从外围结构外部的环境进入，同时促进水蒸气从外围结构内部的环境排出。

当在建筑物围护结构(envelope)中采用时，相对于在建筑物围护结构中安装单独的膜层，所公开的多功能材料的实施方案可提供降低的安装成本。此外，在替代的实施方案中，所公开的多功能材料可省却可变渗透率层或干燥剂层。这样的改性的多功能材料可赋予一系列的性能优势，在建筑物的不同区域如浴室和厨房中是最理想的，在这些区域中，湿度控制或水蒸气传输是主要关注的问题。

在一个实施方案中，提供了一种多功能材料系统，该系统可包括可变渗透率层、干燥剂容纳层和蒸气可渗透支撑层。可变渗透率层可具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率。干燥剂容纳层可邻近可变渗透率层。蒸气可渗透支撑层可安置为邻近可变渗透率层和干燥剂容纳层中的至少一者。当邻近可变渗透率层的相对湿度大于干燥剂层时，水将沿从可变渗透率层到干燥剂层的第一方向移动。当邻近干燥剂容纳层的相对湿度大于可变渗透率层时，水将沿从干燥剂容纳层到可变渗透率层的第二相反方向移动。当湿度梯度反转时，水在第一方向上的运动速率将大于第二方向。

在另一个实施方案中，蒸气可渗透层插在干燥剂容纳层和可变渗透率层之间。

在另一个实施方案中，可变渗透率层的渗透率随相对湿度的增加而近似指数地增加。

在另一个实施方案中，干燥剂容纳层是基本上均匀的。

在另一个实施方案中，干燥剂容纳层为包含包埋在基质中的干燥剂颗粒的复合物。

在另一个实施方案中，干燥剂容纳层包括具有由蒸气可渗透粘结剂形成的基质的第一层和具有由可变渗透性粘结剂形成的基质的第二层，其中所述第一层为可变渗透率层。

在另一个实施方案中，干燥剂容纳层的至少一部分由干燥剂材料形成。干燥剂材料可以是硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土或活性炭中的至少一种。

在另一个实施方案中，蒸气可渗透层由聚乳酸(PLA)、聚四氟乙烯、有机硅、天然橡胶、合成橡胶、聚苯乙烯、聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。

在另一个实施方案中，可变渗透率层由聚酰胺或聚乙烯醇(PVA)形成。作为一个实例，聚酰胺可以是尼龙。

在一个实施方案中，提供了一种壁组件，其可包括壁腔、隔热材料和多功能材料系统。壁腔可限定邻近建筑物内部的第一表面和邻近建筑物外部的第二表面。隔热材料可安置在壁腔的至少一部分内。多功能材料系统可包括可变渗透率层、干燥剂容纳层和蒸气可渗透支撑层。可变渗透率层可具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率。干燥剂容纳层可邻近可变渗透率层。蒸气可渗透支撑层可位于与可变渗透率层和干燥剂容纳层中的至少一者相邻。当邻近可变渗透率层的相对湿度大于干燥剂层时，水将沿从可变渗透率层到干燥剂层的第一方向移动。当邻近干燥剂容纳层的相对湿度大于可变渗透率层时，水将沿从干燥剂容纳层到可变渗透率层的第二相反方向移动。当湿度梯度反转时，水在第一方向上的运动速率将大于第二方向。多功能材料系统可安置在壁腔的第一和第二表面中的至少一者上。

在一个实施方案中，提供了一种多功能材料组件，其可包括基底；和多功能材料系统。多功能材料系统可包括可变渗透率层、干燥剂容纳层和蒸气可渗透支撑层。可变渗透率层可具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率。干燥剂容纳层可邻近可变渗透率层。蒸气可渗透支撑层可安置为邻近可变渗透率层和干燥剂容纳层中的至少一者。当邻近可变渗透率层的相对湿度大于干燥剂层时，水将沿从可变渗透率层到干燥剂层的第一方向移动。当邻近干燥剂容纳层的相对湿度大于可变渗透率层时，水将沿从干燥剂容纳层到可变渗透率层的第二相反方向移动。当湿度梯度反转时，水在第一方向上的运动速率将大于第二方向。多功能材料系统可安置在壁腔的第一和第二表面中的至少一者上。多功能材料系统的至少一个层可安置在基底的表面上。

在另一个实施方案中，组件可还包括插在基底与多功能材料系统的层之间的粘合剂层。

在另一个实施方案中，粘合剂层为可变渗透率层。

在另一个实施方案中，基底为定向刨花板(OSB)、隔热材料、石膏板、水泥板、灰泥、干式墙、护墙、屋顶、包层或建筑膜。

在另一个实施方案中，可变渗透率层安置在基底的第一表面上，并且干燥剂容纳层安置在与基底的第一表面相反的、基底的第二表面上。

在另一个实施方案中，多功能材料组件包括由基底的基质和包埋在基底中的干燥剂颗粒形成的干燥剂容纳层，其中可变渗透率层沉积在干燥剂层的表面上。

在一个实施方案中，提供了一种多功能材料组件，其包括袋状结构、多个干燥剂颗粒和可变渗透率层。袋状结构可限定一个或多个具有开口侧的袋。所述多个干燥剂颗粒可安置在所述一个或多个袋的相应袋内(例如，占据每个袋的体积的至少一部分)。可变渗透率层可具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率。可变渗透率层也可覆盖在所述一个或多个袋的相应开口侧上。

多功能材料组件还可包括基底。可变渗透率层可固定到基板。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些及其他特征，在附图中：

图1的图示意了包括多功能材料结构的工作环境的一个示例性实施方案，其中所述多功能材料结构具有可变渗透率层和干燥剂层；

图2的图示意了水蒸气渗透率随选定蒸气阻滞器的壁腔湿度的变化的曲线图；

图3为包括硅胶在内的各种干燥剂的水吸附等温线曲线图；

图4a为示意跨越图1的多功能材料系统的水通量和净水转移的测量值的曲线图；

图4b为示意跨越图1的多功能材料系统的水通量和净水转移的理论模拟的曲线图；

图5a的图示意了多功能材料系统的一个示例性实施方案，该系统包括可变渗透率层和干燥剂层；

图5b的图示意了多功能材料系统的一个示例性实施方案，该系统包括呈复合物形式的干燥剂层；

图6的图示意了多功能材料系统的一个示例性实施方案，该系统包括一个或多个蒸气可渗透支撑层；

图7a的图示意了多功能材料系统的一个示例性实施方案，该系统包括具有两个层的干燥剂层；

图7b的图示意了多功能材料系统的一个示例性实施方案，该系统呈复合物的形式，在其厚度上具有干燥剂浓度梯度；

图8的图示意了多功能材料的一个示例性实施方案，该材料粘附到基底；

图9的图示意了多功能材料的另一个示例性实施方案，该材料粘附到基底；

图10的图示意了多功能材料的另一个示例性实施方案，该材料粘附到基底，其中蒸气阻滞器和干燥剂层安置在基底的相反侧上；

图11的图示意了多功能材料的另一个示例性实施方案，该材料粘附到基底的一个表面，多功能材料系统的干燥剂层包含包埋在由基底材料形成的基质中的干燥剂颗粒；

图12的图示意了多功能材料的另一个示例性实施方案，该材料包括呈袋状结构的干燥剂层，所述袋容纳干燥剂颗粒；

图13的图示意了粘附到基底的图12的多功能材料；和

图14的图示意了智能壁板的另一个示例性实施方案，该板包括多功能材料系统，该系统具有包裹在板的边缘周围的可变渗透率层和形成在邻近的智能壁板之间的不漏蒸气密封。

应指出，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文公开的主题的典型方面，并因此不应视为限制本公开的范围。

具体实施方式

本文讨论了多功能材料系统的实施方案及相应的制造方法和作为建筑材料的用途。然而，本公开的实施方案可不受限制地在其他应用中采用。

图1示意了呈壁组件102的形式的工作环境的一个示例性实施方案100。壁组件102包括壁腔104，壁腔104限定了邻近内部环境106的第一或内表面104a和邻近外部环境110的第二或外表面104b。通常，内部环境106可以是由壁组件102包围的、待调节的空间，而外部环境110为不被调节的空间。因此，当多功能材料系统114被放置在壁组件102的内表面104a上时，内部环境106可以是建筑物房间的内部，并且外部环境可以是建筑物的外部。然而，可以理解，多功能材料系统的实施方案也可用在分隔两个内部房间的壁组件中，其中一个房间被调节而另一个房间不被调节(例如，楼梯间或其他不被调节的空间)。在任一情况下，干燥剂层都可安置为离不被调节的空间/环境最近。

壁组件102可还包括安置在壁腔104的至少一部分内(例如，在第一和第二表面104a、104b之间)的隔热材料112。壁组件102可还包括多功能材料系统114。如图所示，多功能材料安置在内表面104a上。然而，在替代的实施方案中，多功能材料系统可安置在壁腔的相反侧上或邻近壁腔的相反侧(例如，在邻近外表面上)，或者在内表面和外表面二者上或邻近内表面和外表面二者。

多功能材料系统114可包括厚度为T的可变渗透率层114a和厚度为L的干燥剂容纳层114b。可变渗透率层114a在本文中也可互换地称为蒸气阻滞器或蒸气屏障。如下文更详细地讨论的，干燥剂容纳层114b可基本上完全由干燥剂材料组成，或者由包含包埋在基质中的干燥剂材料的复合物组成。然而，为简单起见，干燥剂容纳层114b在本文中称为干燥剂层。干燥剂层114b安置为邻近可变渗透率层114a。如下文还更详细地讨论的，干燥剂层可与可变渗透率层的一侧接触，或者通过插在其间的一个或多个层与可变渗透率层的一侧分开。

形成可变渗透率层114a的材料的实例可包括聚酰胺(例如，尼龙)、聚乙烯醇(PVA)和各种聚离子。形成干燥剂层114b的干燥剂材料的实例可包括硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土或活性炭中的一种或多种。干燥剂层114b的厚度L可选自约0.05mm至约20mm的范围。可变渗透率层114a的厚度T可选自约0.001mm至约0.01mm的范围。

在其中干燥剂材料为多孔结构的实施方案中，孔隙尺寸(例如，直径)可在约0.4nm至约100μm的范围内。在其他实施方案中，孔隙尺寸可为约0.04nm。在进一步的实施方案中，孔隙尺寸可为约100μm。

多孔干燥剂材料的孔隙尺寸也可随在干燥剂层114b内的位置而异。作为一个实例，在接近干燥剂层114b的选定侧(例如，干燥剂层114b的离外部环境110最近的侧)处，孔隙尺寸可减小。

多功能材料系统114可配置为单独地或以任何组合实现各种不同的功能。在一个方面，多功能材料系统114通过允许水以比当湿度梯度反转而水蒸气沿相反方向被驱动时显著较高的速率沿从可变渗透率层114a的侧到干燥剂层114b的侧的第一方向移动而充当蒸气二极管。在另一个方面，多功能材料系统114以类似于相变材料的方式调节温度，不同的是在这种情况下相变是在干燥剂层114b中吸附的水与水蒸气之间。在又一个方面，多功能材料系统114通过在湿度升高时吸附更多的水蒸气并且在湿度降低时释放它来调节相对湿度。这些功能将改善建筑物的能量效率、耐久性和舒适性。这些功能的物理原理及其影响大小的估计将在下文详细讨论。

蒸气二极管功能

蒸气二极管功能的实施方案如下操作。当可变渗透率层114a的侧上湿度高时，对水蒸气的渗透率(也称为透过率)将升高。干燥剂层114b具有相对高的渗透率并相对容易地吸附从可变渗透率层114a接收的水。随后，由干燥剂层114b的侧接收的水蒸发到与干燥剂层114b邻近的空气中。相反，当干燥剂层114b的侧上湿度高时，干燥剂层114b将在水到达可变渗透率层114a之前吸收并隔离水。这样，存在于可变渗透率层114a处的相对湿度和因此可变渗透率层114a的渗透率保持较低。在湿度变化周期中，存在水跨越多功能材料系统114的净转移(例如，抽吸)。目前在建筑材料中不存在的这种整流能力可用于从壁腔104抽出水，从而提高其耐久性。

蒸气二极管功能依赖于多功能材料系统114的非线性且非对称的蒸气传输特性。非线性由可变渗透率层114a提供，其渗透率随相对湿度RH呈指数增长。图2示出了由聚酰胺材料(MemBrain,Certaindeed)形成的智能蒸气阻滞器的RH-依赖性透过率。可观察到，透过率变化超过两个数量级。

不对称性由干燥剂层114b提供，其将水隔离远离仅可变渗透率层114a的一侧(例如，可变渗透率层114a的离干燥剂层114b最近的侧)。图3示意了硅胶、无毒纳米多孔矿物以及CaO、粘土、分子筛和CaSO₄的吸附等温线(恒定温度下吸附随相对湿度的变化)的曲线图。硅胶与周围空气的相对湿度RH大致成比例地吸附水，并具有容留其干重的多至约37％的水的能力。水在硅胶内部相对缓慢地扩散，这会导致在硅胶层的一侧上的湿度变化与当水分含量在另一侧上开始平衡时之间出现滞后。滞后时间与扩散常数D_SG＝2×10^-11m²s^-1和干燥剂层厚度L之间以L²/2D_SG相关，其表征了硅胶多久将水隔离远离蒸气屏障并使得结构能够对蒸气传输整流。作为一个实例，1mm硅胶的滞后时间为约7小时，这足够长以对每日(每天)湿度变化整流。2cm硅胶的滞后时间超过约115天，这表明其应该还可以对年度湿度循环整流。

相对湿度变化最明显是由温度变化引起的。RH和温度成反比，因为空气容留水蒸气的能力随温度而增加。作为一个实例，假设具有固定水含量的空气开始在23℃和40％相对湿度下。随着空气升温至28℃，相对湿度下降至29.7％。随着空气降温至18℃，相对湿度升高至54.5％。可使用温湿图或Magnus公式评价这些变化。在该相同的10℃温度范围内，根据图2，智能蒸气屏障的透过率预计将变化约7倍，并且根据图3，硅胶将交换其干质量的约13％的水。这些都是很大的影响。

进行跨越用MemBrain(Certainteed)作为可变渗透率层和由硅胶颗粒形成的干燥剂层形成的原型多功能材料系统的水传输的测量。使用多孔且高渗透性的塑料膜来贴靠MemBrain容留硅胶颗粒(毫米级，例如约1-10mm)。通过用它盖住一宽杯的水使该多功能材料系统经受湿度梯度，其一侧暴露于大约100％的RH而另一侧暴露于约50％RH的实验室环境。通过每天翻转结构使相反侧暴露于水蒸气来周期性改变RH梯度。分别定期测量杯子和多功能材料系统的质量以确定水跨越蒸气屏障进入硅胶中的转移。图4(a)绘制了测得的水通量和转移到干燥剂侧的净水转移随时间的变化。在一个完整的周期中，从MemBrain侧到硅胶侧的水通量是相反方向上的通量的两倍以上。水以约0.5gm²天^-1的平均速率向硅胶侧移动。把此结果放在上下文中来考虑，对于围合面积为200m²的中等大小房屋，此抽吸速率将每天从壁移除大约0.1L。

还使用有限差分法对水的传输进行了理论建模。具体而言，采用MATLAB对水跨越原型多功能材料系统的扩散进行建模。假设以75μm厚的聚酰胺层作为可变渗透率层和200μm厚的硅胶层作为干燥剂层来进行模拟。在模拟的多功能材料系统的每一侧上相对湿度以正弦形式变化，大约平均RH为50％，振幅为20％，周期为48小时。两侧不同相。

图4(b)绘制了跨越原型多功能材料系统的模拟水通量以及在干燥剂层侧积聚的水的总质量。在一个完整的周期中，从可变渗透率层的侧(聚酰胺侧)到干燥剂层侧的水峰值通量是相反方向上的峰值通量的两倍。水以约0.1gm^-2天^-1的速率积聚在干燥剂层侧上。

可以理解，即使当任一侧上的湿度变化同相时，由蒸气二极管功能提供的抽吸作用也奏效。也就是说，即使没有湿度梯度也是如此。抽吸的唯一要求是湿度随时间周期性变化。作为一个实例，当多功能材料系统114的两侧上的湿度均高时，水蒸气将以高的传输速率从两侧(例如，经由邻近的空气和可变渗透率层114a)通过可变渗透率层114a扩散到干燥剂层114b中。干燥剂层114b内水的分布可缓慢平衡(例如，当干燥剂层114b厚约1mm时，完全平衡的时间可能为数小时)。随后，当多功能材料系统114的两侧上的湿度均低时，水蒸气将从可变渗透率层114a的侧和干燥剂层114b的侧两者扩散出多功能材料系统114。然而，与水蒸气进入时相比，可变渗透率层114a的侧上的扩散速度显著较慢。通过可变渗透率层114a进入和离开的水的速率之间的这种不平衡导致水沿干燥剂层114b的方向的净转移(抽吸)。

相变功能

温度升高会导致RH降低并且水从干燥剂层114b蒸发。相反，温度下降会导致RH增大并且干燥剂层114b吸收水。这两个过程中吸收和释放的潜热将分别调节温度并降低对HVAC系统的需求。原理与相变材料相同，不同在于环境水是相变的物质。

每蒸发一克水，就会从环境吸收约2500J。这解释了汽化潜热外加小的表面结合能。作为一个实例，硅胶中的潜热密度可高达约925kJ/kg。然而，实践中只有一部分该潜热是可利用的。通常，在正常操作条件下，干燥剂层114b不会完全变干也不会完全充满水。

对潜热密度更现实的估计可基于上面考虑的相同的10℃温度变化及图3中的吸附等温线不随温度显著变化的事实。在此温升内由硅胶干燥剂吸附或释放的水预计达到其干质量的13％左右。这对应于约325kJ/kg的潜热密度。出于比较，市售相变材料的潜热密度在120至220kJ/kg的范围内。可以理解，应该可以设计干燥剂材料使其在更窄的温度范围内产生相同的潜热。即，在相关的RH范围内，吸附等温线需要更陡。

硅胶是一种相对便宜的干燥剂材料，价格约为1美元/千克。它可以以约320kJ/$供给潜热。市售PCM的成本要高得多，便宜的售价约为36kJ/$(基于120kJ/kg和$1.5/lb)。此外，密度为约ρ_SG＝1280kg m^-3时，1mm硅胶层将具有约1.28kg m^-2的面积质量并将提供约416kJ m^-2的潜热。出于比较，具有PCM的市售石膏板(例如，National Gypsum ThermalCORE)具有250kJ m^-2。

湿度缓冲功能

1mm厚的硅胶干燥剂层有着容留多至约450g水每平方米壁的能力。然而，更现实的是，该值更接近于约150g m^-2，这代表正常情况下壁与内部环境之间将交换的水的量。在中等大小的房屋中，多功能材料系统114可吸附或释放约30L的水。这可显著改善舒适度，减少HVAC系统的能量需求，并甚至消除对电动加湿器或电动除湿器的需要。

最后，值得指出的是，人们普遍误以为硅胶是危险材料。这源于包装(例如，鞋盒)中常见的白色硅胶小包上书写的“请勿食用”字样。然而，硅胶本身是无毒的。反过来，提供警告是因为常会用致癌性的氯化钴(II)浸渍硅胶珠粒。氯化钴(II)会随水分含量的升高而从蓝色变为粉红色，从而充当水分指示剂。因为无需在建筑材料中引入氯化钴(II)，所以硅胶干燥剂的使用不会引起明显的安全问题。

功能控制

对多功能材料系统114的三个功能的需要及其相对重要性可取决于多功能材料系统114在建筑物围护结构中的何处使用以及建筑物所处的气候条件。在一个方面，多功能材料系统114调节湿度的能力在建筑物的内部可能比在外部更加需要。在另一个方面，蒸气二极管功能在潮湿气候中可能比在干燥气候中更加需要。有着可用的调节制造和材料参数以控制多功能材料系统114的性能特征的方法。这可允许针对具体的应用来优化并入了多功能材料系统114的不同建筑材料的性能。

多功能材料系统114对湿度波动整流的时间尺度由水扩散通过干燥剂层114b并达到稳态浓度的时间尺度设定。对于厚度为L的连续干燥剂层114b，该时间尺度t由

给出。

干燥剂层114b也可以呈复合物的形式，该复合物包含多个彼此接近地容留在基质内的干燥剂颗粒。在这种配置中，如果基质内水的扩散率显著高于干燥剂颗粒中，则可观察到整流的最长时间尺度将与

相关，其中r为干燥剂颗粒的半径。当干燥剂层114b由具有尺寸分布的干燥剂颗粒组成时，干燥剂层114b的时间响应将揭示弛豫时间的分布。如果基质内水的扩散率显著低于干燥剂颗粒中，则时间尺度可能长得多并由渗滤模型描述。

多功能材料系统114调节温度(潜热)的能力与在冷凝相和蒸气相之间交换的水的量成比例。给予足够的时间来平衡，则可存储在连续干燥剂层114b中或可从连续干燥剂层114b释放的潜热将与厚度成比例。然而，仅给予有限量的时间t，干燥剂层114b中水浓度显著变化的部分将具有有限的厚度

每日循环为能量效率应用设定了相关的时间尺度并因此设定了连续干燥剂层114b的最大有用厚度。

通过提供呈如上文讨论的、基质具有高水蒸气扩散率的复合物形式的干燥剂层114b，可增加多功能材料系统114中可用的潜热的有用量。干燥剂颗粒应足够小以使其水分含量可在约12小时或更短时间内达到平衡。从这样的干燥剂层114b可获得的潜热含量随厚度增加至超过

的值，这是因为水蒸气能够更快地扩散通过基质。最大有用厚度将与

相关，其中D_M为水蒸气在基质中的有效扩散率。当朝向建筑物围护结构的外部、在其中温度原本会在内部设定点附近来回摆动的位置处并入相变材料时，相变材料将有效降低建筑物的HVAC系统的加热和冷却需求。

多功能材料系统114调节湿度的能力也与可在冷凝相和蒸气相之间交换的水的量有关。可使用相同的上述策略来调整该能力。

可变渗透率层114a的透过率与其厚度成反比。因此，通过制造具有正确厚度的可变渗透率层114a，RH依赖性透过率曲线可以以期望的因子来缩放。对总透过率的控制很重要，因为它将影响多功能材料系统114可怎样有效地利用湿度波动来抽吸水蒸气。这是同样重要的，因为必须让壁组件具有高的干燥潜力，因此在至少一个方向上的高渗透率。例如，在寒冷的气候中，壁组件常常设计为对于外界是干燥的，而用作护墙外部的空气和天气屏障的建筑包裹物对水蒸气是高度渗透性的。如果将可变渗透率层114a制成为在潮湿条件下具有足够高的透过率，则用多功能材料系统114替换建筑包裹物可改善围护结构的性能而不牺牲干燥潜力。也就是说，当壁腔104是干燥的时，相对较低的透过率不是问题。

可设计干燥剂材料的微观结构和性质以控制多功能材料系统114的性能。作为一个实例，干燥剂材料的孔隙尺寸分布和表面亲水性会影响吸附等温线的形状。在超过空气的临界湿度值之前，具有相对疏水性表面的纳米多孔材料几乎不会或不会吸附水。在这一点上，液态水在孔隙的最窄喉道内冷凝是能量上有利的。这种作用的开始发生在较大孔隙中的较高湿度值下，因为它受毛细作用的控制。作为另一个实例，不同的干燥剂材料优先在由其吸附等温线(图3)的斜率陡度指示的RH范围内吸附水蒸气。可选择特定材料，因为它将在特定的目标范围内有效缓冲RH，或者可组合使用多种干燥剂材料来定制混合物有效缓冲RH的范围。因此，可选择材料和微观结构(例如，孔隙尺寸)以在选定的RH值范围内(例如，在选定的RH范围内吸附等温线的斜率最大)最有效地缓冲相对湿度。

示例性多功能材料架构

上文讨论的多功能材料系统114的架构的实施方案可以以自支撑膜实现。图5a示意了多功能材料系统500，其包括粘附到干燥剂层的可变渗透率层114a。如图所示，干燥剂层114b可以是基本上均匀的。

图5b示意了多功能材料系统500呈多功能材料系统550的形式的另一个实施方案。如图所示，多功能材料系统550包括可变渗透率层114a和呈复合干燥剂层554的形式的干燥剂层114b，该复合干燥剂层554包含第一组分和第二组分。作为一个实例，第一组分可为基质556，并且第二组分可为包埋在基质556内的干燥剂材料560。干燥剂材料560的几何形状可改变。在一个方面，干燥剂材料560可呈多个包埋在基质556内的干燥剂颗粒的形式。在某些实施方案中，干燥剂颗粒的尺寸(例如，直径)和形状可近似均匀。在其他实施方案中，干燥剂颗粒可具有尺寸分布(例如，近似正态分布、二元分布等)。作为一个实例，干燥剂颗粒尺寸可在约0.05mm至约5mm的范围内。

复合干燥剂层552的基质556可由对水蒸气具有高渗透率的材料形成。在一个实施方案中，渗透率大于5US perms(例如，大于10perms)的材料可认为是蒸气可渗透材料。基质556的实例可包括粘结剂、泡沫(例如，用于隔热)、网、纤维垫、长丝、纺织品、织物、干式墙、护墙、包层、结构隔热板(SIP)。粘结剂材料的实例可包括聚乳酸(PLA)、聚四氟乙烯(例如，胶体聚四氟乙烯)、聚氨酯(热塑性材料或泡沫)、有机硅、天然橡胶、合成橡胶、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。也可设想其他聚合物和树脂。

基质556内的干燥剂材料560可由上文在干燥剂层114b的上下文中讨论的任何干燥剂材料形成。干燥剂材料的实例可包括硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土或活性炭中的一种或多种。也可设想两种或更多种不同的干燥剂材料的组合。

在进一步的实施方案中，多功能材料系统114可修改为包括一个或多个蒸气可渗透层(例如，可对水蒸气高度渗透的层)。在某些方面，这些蒸气可渗透层可为多功能材料系统114提供力学支撑而不从根本上改变其功能。在其他方面，形成蒸气可渗透层的蒸气可渗透材料可以是渗透率大于10US perms的材料，而蒸气不可渗透材料可以是渗透率小于0.1US perms的材料。形成蒸气可渗透层的材料的实例可包括织物、网、纤维垫、多孔材料、有机硅、天然橡胶、合成橡胶、聚苯乙烯(例如，高抗冲聚苯乙烯[HIPS])、聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

图6示意了多功能材料系统114呈多功能材料系统600的形式的一个实施方案。多功能材料系统600类似于多功能材料系统500，但增加了用于支撑的蒸气可渗透层602。如图6中所示，蒸气可渗透层602安置在干燥剂层114b的两侧上，而可变渗透率层114a安置在蒸气可渗透层602中离内部环境106最近的一个的侧上。然而，在替代的实施方案中，可在干燥剂层的任一侧上采用一个或多个蒸气可渗透层。在进一步的实施方案中，蒸气可渗透层和可变渗透率层的位置可交换。也就是说，所述一个或多个蒸气可渗透层可安置为与可变渗透率层、干燥剂层或两者接触。在其他实施方案中，蒸气可渗透层可配置为提供功能如拒水性。可进一步理解的是，尽管未示出，但本文公开的多功能材料系统的任何实施方案可根据需要包括一个或多个蒸气可渗透层。

蒸气可渗透层602的实施方案可采用多种配置。在一个方面，可在特定的范围内定制蒸气可渗透层602的力学性质。力学性质的实例可包括刚性(例如，具有大于预定值的弹性模量)、柔性(例如，具有小于预定值的弹性模量或小于预定值的屈服应力)、抗冲击性(例如，大于预定值的硬度)、吸声性(例如，大于预定值的声衰减)、抗撕裂性(例如，大于预定值的断裂韧性)、强度(例如，大于预定值的抗拉强度)或抗剥离性(例如，具有大于预定值的剥离强度)。

在进一步的实施方案中，干燥剂层114b可包括两个或更多个层。图7a示意了多功能材料系统114呈多功能材料系统700的形式的一个实施方案。如图所示，干燥剂层114b包括第一干燥剂层702和第二干燥剂层704。第一和第二干燥剂层702、704可以是如上文所讨论的复合物，其包含基质和包埋在其中的干燥剂材料(例如，干燥剂材料560)。在某些实施方案中，基质可充当粘结剂以阻留被包埋的干燥剂材料。作为一个实例，第一干燥剂层702可包含由如上文关于可变渗透率层114a所讨论的材料形成的基质。第二干燥剂层可包含由与上文关于蒸气可渗透层602所讨论的相同的材料形成的基质。因此，第一干燥剂层702的基质可实现可变渗透率层114a的功能，如上文所讨论的那样。

在一个替代的实施方案中，干燥剂层114b和可变渗透率层114a的功能可由单层的多功能材料系统114提供。图7b示意了呈多功能材料系统750的形式的多功能材料系统114，其包括复合干燥剂层752，该复合干燥剂层752包含由如上文关于可变渗透率层114a所讨论的材料形成的基质和包埋在其中的干燥剂材料560。干燥剂材料560的浓度(例如，体积分数)可在厚度上变化。作为一个实例，多功能材料系统750的第一部分754中的干燥剂材料560的浓度可以是相对较低的值，而多功能材料系统750的第二部分756中的干燥剂材料506的浓度可以是相对较高的值。在某些实施方案中，高浓度部分756内干燥剂材料560的浓度可比低浓度部分754内干燥剂材料560的浓度高大约3倍。如此配置，多功能材料系统750的低浓度部分754可有效地充当可变渗透率层114a，而多功能材料系统750的高浓度部分756可有效地充当干燥剂层114b。低浓度部分754的厚度可在约0.001mm至约0.1mm的范围内，而高浓度部分756的厚度可在约0.05mm至约20mm的范围内。如图7中进一步示意，多功能材料系统可任选地包括粘附到复合干燥剂层752的一侧或两侧的蒸气可渗透层602。

在某些实施方案中，多功能材料系统114可以以单独的膜如蒸气屏障或建筑包裹物的形式并入到建筑物中。在其他实施方案中，可能希望向建筑物围护结构增加多功能性而不增加建筑物围护结构的复杂性。因此，也可将多功能材料系统与建筑物围护结构的一个或多个其他元件如包层、护墙、屋顶、隔热材料和/或内部嵌板集成在一起。

作为一个实例，可采用多功能材料系统114来形成功能化的建筑材料。如图8中所示，通过将本文讨论的多功能材料系统114的任何实施方案固定到基底802来形成多功能材料组件800。

在某些实施方案中，多功能材料系统114可由蒸气可渗透粘合剂804固定到基底802。蒸气可渗透粘合剂804可具有选自5至100perms的范围的渗透率。蒸气可渗透粘合剂的实例包括聚乙烯醇和橡胶胶合剂。基底的实例可以是蒸气可渗透的并可包括定向刨花板(OSB)、隔热材料(例如，硬质泡沫隔热材料)、石膏板、水泥板、灰泥、干式墙、护墙、屋顶、包层或建筑膜或另一建筑材料。如此配置，当基底802和粘合剂804对水蒸气可渗透时，多功能材料系统114的全部三种功能都可奏效。

在其中基底或粘合剂中的至少一者相对不渗透水蒸气并充当蒸气屏障(例如，渗透率小于0.01perms)的配置中，多功能材料系统可停止充当蒸气二极管。然而，可保持温度和湿度调节能力。

在替代的实施方案中，可省却粘合剂，并可采用其他机制来将基底固定到多功能材料系统。在一个方面，可采用钉子、螺钉或其他紧固机构。在另一个方面，在基底与多功能材料系统之间可存在界面(例如，可变渗透率层)。在该界面内，可变渗透率层可在基底内延伸并与其机械互锁，基底可在可变渗透率层内延伸并与其机械互锁，或其组合。

在进一步的替代实施方案中，可将粘合剂804和可变渗透率层114a的功能合并到单个层中。图9示意了多功能材料组件800呈多功能材料组件900的形式的一个实施方案，其包括基底802、干燥剂层114b和可变渗透率粘合剂层902。可变渗透率粘合剂层902插在基底802与干燥剂层114b之间并配置为将干燥剂层114b附接到基底802。可变渗透率粘合剂还配置为提供可变渗透率层的功能，如上文所讨论的。可变渗透率粘合剂的实例可包括聚乙烯醇(PVA)和橡胶胶合剂。通过将多种功能(粘合和可变渗透性)合并到可变渗透率粘合剂层902中，可减少在多功能材料组件900内实现多功能材料系统114的全部三种功能所需的层数。这种简化可降低多功能材料组件900的制造成本。

在多功能材料组件800的进一步的实施方案中，可变渗透率层114a和干燥剂层114b可由一个或多个中间层彼此分开。图10示意了多功能材料组件800呈多功能材料组件1000的形式的一个实施方案。如图所示，基底802插在可变渗透率层114a和干燥剂层114b之间。因此，可变渗透率层114a和干燥剂层114b位于基底802的相反侧上。如此配置，只要基底802对水蒸气是可渗透的，即可保留多功能材料系统114的功能。任选地，可在可变渗透率层114a和干燥剂层114b之间插入一个或多个蒸气可渗透层602。

图11示意了多功能材料组件800呈多功能材料组件1100的形式的一个实施方案，其包括复合干燥剂层1102，其中干燥剂材料560包埋在由基底802的材料形成的基质中。可变渗透率层114a还附接到复合干燥剂层1102的一侧。如上文所讨论的，基底可由包括以下的材料形成：定向刨花板(OSB)、隔热材料(例如，硬质泡沫隔热材料)、石膏板、水泥板、灰泥、干式墙、护墙、屋顶、包层或建筑膜。通过合并干燥剂材料560的功能与基底802的附加功能，可减少实现多功能材料系统114的全部三个功能及基底802的功能所需要的层数。这种简化可降低多功能材料组件1100的制造成本。

多功能材料系统114的实施方案可采用其他架构。图12示意了多功能材料系统114呈袋状多功能材料系统1200的形式的一个实施方案。袋状多功能材料系统1200包括限定一个或多个袋1204的袋状框架1202。干燥剂材料560(例如，干燥剂颗粒)可占据袋1204的容积的至少一部分。如图12中所进一步示出，袋状框架1202限定一个或多个袋1204，袋1204在一端含有开口1206。可变渗透率层114a可安置为使得其跨越一个或多个袋1204的一个或多个开口1206延伸。

在某些实施方案中，袋1204仅容纳干燥剂材料560。也就是说，不存在粘结剂或粘合剂。因此，袋1204的壁(例如，袋状框架1202和可变渗透率层114a)仅负责将干燥剂材料560阻留在袋1204内。

袋状框架1202可由对水蒸气可渗透的材料形成。作为一个实例，袋状框架1202可由与上文关于蒸气可渗透层602所讨论的相同的材料(例如，聚乳酸(PLA)、天然橡胶、合成橡胶、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或木材中的一种或多种)形成。在替代的实施方案中，可通过用包含多个孔隙的材料形成袋状结构来实现袋状结构的渗透性。作为一个实例，袋状结构可由具有开口的网形成，所述开口小于干燥剂颗粒的直径。可形成袋状结构的材料的其他实例包括织物、纤维垫、开孔泡沫或穿孔塑料中的一种或多种。

图13示意了图12的多功能材料系统1200，其固定到基底802以形成多功能材料组件1300。如图所示，可变渗透率粘合剂层902插在基底802与袋状框架1202之间。然而，在替代的实施方案中，可采用其他固定机制。任选地，可提供一个或多个蒸气可渗透层(例如，与基底相对)，以支撑袋状结构。

建筑物通常包括建筑物围护结构，其将被调节和不被调节的空间分开。建筑围护结构可提供对跨越其传送的空气、水、热、光和/或噪声的抵抗。可能希望建筑物围护结构是大致连续的以便提供对穿过其的传送的理想抵抗。也就是说，建筑物围护结构中存在的任何间隙对穿过其的传送的理想抵抗的影响微不足道。

如上所述，本文讨论的多功能材料组件800的实施方案可作为建筑物围护结构采用。在其中基底802是相对柔性的材料的情况下，多功能材料组件800可缠绕在建筑物的框架周围。只要以基本上交叠的方式缠绕这样的柔性多功能组件，就可避免间隙。

在其中基底802是相对刚性的材料的情况下，多功能材料组件800的实施方案可形成为面板。面板可固定到建筑物的框架以提供建筑物围护结构。然而，应理解，在多功能材料组件800的邻近面板之间可能存在间隙或接缝。如果不解决这些间隙，则它们可能允许水蒸气绕过多功能材料系统114。

为了解决多功能材料组件800的面板之间的潜在间隙问题，可将其用作建筑物围护结构。图14示出了建筑物围护结构1400的一部分，该围护结构1400包括多个呈多功能材料面板1402的形式的多功能材料组件800。如所示意，多功能材料面板1402包括芯1404和绕芯1404的三个侧面延伸并沿第四侧面的一部分延伸形成唇缘1406的可变渗透率层114a。芯1404的未被可变渗透率层114a完全覆盖的侧面可面向被调节的环境(例如，外部环境110)，而芯1404的被可变渗透率层114a覆盖的相反侧可面向被调节的环境(例如，内部环境106)。芯1404可包括基底802和干燥剂层114b。在一个实施方案中，基底802和干燥剂层114b可以是分开的层。在替代的实施方案中，芯可呈复合干燥剂层1102的形式，其中干燥剂材料560包埋在基底802的基质内。

可通过施加密封材料来沿着邻近的多功能材料面板1402之间的间隙1412形成基本上不漏蒸气的密封1410。密封材料可以是将大大抑制水蒸气传送通过其的任何材料。

对于被切割成一定尺寸的多功能材料面板1402，可沿着切割边缘用可变渗透率层114a提供新的唇缘。此外，在将多功能材料面板1402的边缘和间隙1412的边缘密封之后，可用其他的多功能材料面板1402的碎片修补损坏的多功能材料面板1402。

密封材料可采取多种配置。在一个方面，密封材料可以是对水蒸气基本上不渗透的蒸气屏障胶带。存在唇缘以确保蒸气屏障胶带密封到可变渗透率层114a。作为蒸气屏障胶带的替代或补充，可采用蒸气不渗透的液体密封剂来形成密封1410。在这样的实施方案中，可省却唇缘。

还提供了制造用作建筑材料的多功能材料组件的方法。在一个操作中，提供基底802。如上文所讨论的，基底的实施方案可包括定向刨花板(OSB)、隔热材料(例如，硬质泡沫隔热材料)、石膏板、水泥板、灰泥、干式墙、护墙、屋顶、包层、或建筑膜或其他建筑材料。

多功能材料系统的层可沉积(例如，通过铺展或喷涂)在基底上或并入在基底内以形成多功能材料组件。在其中多功能材料系统包括多个层的实施方案中，可顺序地沉积这些层。在某些实施方案中，多功能材料组件可远程制备并固定到建筑框架。在其他实施方案中，可将基底安装到建筑框架，随后可在基底上沉积多功能材料系统。

蒸气可渗透层和可变渗透率层的实施方案可从水溶液沉积。随着该层的所沉积水溶液变干，它可粘附到下面的层(例如，基底、可变渗透率层或蒸气可渗透层中的另一个、干燥剂层等)，从而提供蒸气可渗透层或可变渗透率层的基本上连续的膜。

干燥剂层的实施方案可以多种方式沉积。在一个方面，干燥剂层可从含粘结剂和干燥剂颗粒的浆料沉积。干燥剂颗粒可以是硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土和活性炭中的一种或多种。粘结剂的实例可包括聚乳酸(PLA)、聚四氟乙烯(例如，胶体聚四氟乙烯)、聚氨酯(热塑性材料或泡沫)、有机硅、天然橡胶、合成橡胶、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯乙烯、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。也可设想其他聚合物和树脂。

在其中基质是泡沫(例如，聚氨酯泡沫)的复合干燥剂层的实施方案中，泡沫可由两种或更多种产生气体的组分反应形成。泡沫基质可通过所述两种或更多种组分的反应被加热至干或自热。随着所沉积的复合干燥剂层变干，它可粘附到基底，从而提供复合干燥剂层的基本上连续的膜。

复合干燥剂层的替代实施方案可连续地挤出。在一个方面，干燥剂层可由热塑性聚合物和干燥剂颗粒的混合物挤出。干燥剂颗粒可以是硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土和活性炭中的一种或多种。热塑性材料的实例可包括天然橡胶、合成橡胶、聚乳酸(PLA)、聚苯乙烯(例如，高抗冲聚苯乙烯[HIPS])、聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚乙烯醇(PVA)。

作为非限制性示例，本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括：由于水蒸气抽吸作用故壁腔内部平均湿度的降低以及由此的霉、腐烂、霉菌和尘螨中的一种或多种的风险的降低。进一步的示例性技术效果包括外围结构内相对湿度的稳定化及舒适度和空气质量的伴随改善。另外的技术效果包括当多功能膜位于外围结构的内部时内部温度的稳定化及加热和冷却的能量强度的降低。其他技术效果包括当多功能材料系统位于外部、使得其在白天使用夜间从环境收集的水以蒸发的方式冷却外部表面时，用于加热和冷却的能量强度的进一步降低。进一步的技术效果包括对壁腔内湿度波动的抑制，从而降低壁内水凝结的风险。

已描述了某些示例性实施方案以提供对本文公开的系统、设备和方法的结构原理、功能、制造和用途的总体理解。这些实施方案的一个或多个实例已在附图中示意。本领域技术人员应理解，本文中具体描述并在附图中示意的系统、设备和方法是非限制性的示例性实施方案并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施方案示意或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。这样的修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似名称部件通常具有类似的特征，并因此，在具体的实施方案中，不必对每个相似名称部件的每个特征进行充分阐述。

如本文在整个说明书和权利要求书中所用，可应用近似语言来修饰可允许变化的任何定量表示而不导致其所涉及的基本功能的改变。相应地，由一个或多个术语如“约”、“近似”和“基本上”修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里及在整个说明书和权利要求书中，可组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有指出，否则这样的范围应识别为包括其中包含的所有子范围。

基于上述实施方案，本领域技术人员应理解本发明的其他特征和优点。相应地，除了附随的权利要求所指示的外，本申请不受限于已具体示出和描述的内容。本文引用的所有出版物和参考文献通过全文引用明确地并入本文。

Claims (19)

1.一种多功能材料系统，所述多功能材料系统包括：

可变渗透率层，所述可变渗透率层具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率；和

干燥剂容纳层，所述干燥剂容纳层邻近所述可变渗透率层；和

蒸气可渗透支撑层，所述蒸气可渗透支撑层安置为邻近所述可变渗透率层和所述干燥剂容纳层中的至少一者；

其中当邻近所述可变渗透率层的相对湿度大于所述干燥剂层时，水沿从所述可变渗透率层到所述干燥剂层的第一方向移动，其中当邻近所述干燥剂容纳层的相对湿度大于所述可变渗透率层时，水沿从所述干燥剂容纳层到所述可变渗透率层的第二相反方向移动，并且其中当湿度梯度反转时，水在所述第一方向上的运动速率大于所述第二方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸气可渗透层插在所述干燥剂容纳层和所述可变渗透率层之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变渗透率层的渗透率随相对湿度的增加而近似指数地增加。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述干燥剂容纳层是基本上均匀的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述干燥剂容纳层为包含包埋在基质中的干燥剂颗粒的复合物。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述干燥剂容纳层包括具有由蒸气可渗透粘结剂形成的基质的第一层和具有由可变渗透性粘结剂形成的基质的第二层，并且其中所述第一层为所述可变渗透率层。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述干燥剂容纳层的至少一部分由干燥剂材料形成，并且其中所述干燥剂材料为硅胶、沸石、氧化钙(CaO₂)、硫酸钙(CaSO₄)、氯化锂(LiCl)、粘土或活性炭中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸气可渗透层由聚乳酸(PLA)、聚四氟乙烯、有机硅、天然橡胶、合成橡胶、聚苯乙烯、聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述可变渗透率层由聚酰胺或聚乙烯醇(PVA)形成。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述聚酰胺为尼龙。

11.一种壁组件，所述壁组件包括：

壁腔，所述壁腔限定邻近建筑物内部的第一表面和邻近建筑物外部的第二表面；

隔热材料，所述隔热材料安置在所述壁腔的至少一部分内；和

根据权利要求1所述的多功能材料系统，所述多功能材料系统安置在所述壁腔的所述第一和第二表面中的至少一者上。

12.一种多功能材料组件，所述多功能材料组件包括：

基底；和

根据权利要求1所述的多功能材料系统；

其中所述多功能材料系统的至少一个层安置在所述基底的表面上。

13.根据权利要求12所述的多功能材料组件，所述多功能材料组件还包括插在所述基底与所述多功能材料系统的层之间的粘合剂层。

14.根据权利要求13所述的多功能材料组件，其中所述粘合剂层为所述可变渗透率层。

15.根据权利要求12所述的多功能材料组件，其中所述基底为定向刨花板(OSB)、隔热材料、石膏板、水泥板、灰泥、干式墙、护墙、屋顶、包层或建筑膜。

16.根据权利要求12所述的多功能材料组件，其中所述可变渗透率层安置在所述基底的第一表面上，并且所述干燥剂容纳层安置在与所述基底的所述第一表面相反的、所述基底的第二表面上。

17.根据权利要求12所述的多功能材料组件，所述多功能材料组件包括：

由所述基底的基质和包埋在所述基底中的干燥剂颗粒形成的所述干燥剂容纳层；和

沉积在所述干燥剂层的表面上的所述可变渗透率层。

18.一种多功能材料组件，所述多功能材料组件包括：

袋状结构，所述袋状结构限定一个或多个具有开口侧的袋；

多个干燥剂颗粒，所述干燥剂颗粒安置在所述一个或多个袋的相应袋内；和

可变渗透率层，所述可变渗透率层具有随相对湿度的增加而增加的蒸气渗透率，所述可变渗透率层覆盖在所述多个袋的相应开口侧上。

19.根据权利要求18所述的多功能材料组件，所述多功能材料组件还包括基底，其中所述可变渗透率层固定到所述基底。

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