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建筑门窗玻璃幕墙抗结露性能与结露

来源:2021-2022分析报告  作者:刘忠伟  日期:2022-6-13
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   随着国家建筑节能要求的不断提高,建筑门窗玻璃幕墙的材质越来越好,如断桥铝型材和low-e中空玻璃、三玻两腔中空玻璃已普遍使用,其热工性能越来越高。

  本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布:

  一、前言

  随着国家建筑节能要求的不断提高,建筑门窗玻璃幕墙的材质越来越好,如断桥铝型材和low-e中空玻璃、三玻两腔中空玻璃已普遍使用,其热工性能越来越高。如今在北方地区,建筑门窗玻璃幕墙的传热系数均小于2.0W/Km2,且经过结露点设计计算,结果表明不会发生冬季室内结露。但实际工程中,许多建筑出现室内结露,特别是居住建筑,结露现象比较严重,直接给用户带来困扰,也使得设计者迷惑、不解。本文针对建筑玻璃幕墙抗结露性能与结露做详细分析、解惑。

  二、结露机理

  空气是一种氧、氮和其他少量气体的混合物,它含有少量的水蒸汽,这部分水蒸汽的分压力可用式(1)表示:

  式中 p——水蒸汽的分压力(毫米汞柱);

  P——大气压力(毫米汞柱);

  0.622——水和空气分子量比值,即18/28.97;

  x——单位空气重量中含有水蒸汽的重量。

  空气中最大水蒸汽的含量取决于空气的温度,温度高的空气中水蒸汽的含量比温度低冷空气中水蒸汽的含量要多。

  当空气的湿度达到100%时,此时的水蒸汽压力称为饱和水蒸汽压力。饱和水蒸汽压力与温度的关系见图1。如果使一定温度下的饱和空气冷却(词条“冷却”由行业大百科提供),则冷却后水蒸汽压力高于该温度的饱和水蒸汽压力,这样过量的水蒸汽就会冷凝成液体水,即结露。

  室内相对湿度可用p/ps比值表示,ps称为饱和水蒸汽压力。在冬季,特别是北方冬季,一般来讲,室内温度较高,所以室内的相对湿度高于室外,因此室内水蒸汽压力高于室外,所以室内的水蒸汽总是稳定地从室内扩散到室外。饱和水蒸气压与温度数值对应关系见表1。饱和水蒸气压所对应的温度即结露温度,简称结露点。

不同温度下t(oC)的饱和水蒸汽压ps(毫米汞柱) 表1

 

  图2给出了温度与相对湿度的关系曲线,它和表1是计算门窗玻璃幕墙结露点的基础。

  三、结露点计算

  门窗玻璃幕墙结露点的计算方法如下:

  方法1:(1)根据室内温度可在表1中确定该温度下的饱和水蒸气压ps。

  (2)室内湿度与该温度下饱和水蒸气压ps的乘积等于该温度下的水蒸气分压力p,在表1种查找饱和水蒸气压等于该温度下水蒸气分压力p的温度,该温度即是室内的结露温度。

  例1:室内温度21 oC,室内湿度30%,由表1可知, 21 oC条件下的饱和水蒸气压ps为18.65mmHg, mmHg,在表1中可查得,饱和水蒸气压ps为5.6mmHg所对应的温度约为3.0 oC,即室内温度21 oC,室内湿度30%条件下,室内结露点为3.0 oC。

  方法2:在图2横坐标上确定室内温度,由该温度点垂直向上查到对应的室内湿度曲线,由该坐标点向左平行查到对应100%的湿度曲线点,由该点向下查到横坐标温度即为结露点。

  四、抗结露性能设计计算

  只要门窗玻璃幕墙室内侧表面温度达到结露点,门窗玻璃幕墙即发生结露。 门窗玻璃幕墙室内侧表面温度按式(2)计算:

  由式(2)可见,门窗玻璃幕墙室内侧表面温度与室内温度、室内湿度、门窗玻璃幕墙传热系数和室外温度有关。设计时按式(2)求门窗玻璃幕墙室内侧表面温度,当其大于室内结露温度时,门窗玻璃幕墙不结露;当其小于等于室内结露温度时,门窗玻璃幕墙开始结露。

  五、结露现象

  实际工程中,一些工程经设计计算不会发生结露,但使用中却发生结露,有些居住建筑结露现象很严重。究其原因,有一下几点:

  1. 结露点取位不合理

  例如在上述例2中,门窗玻璃幕墙的传热系数取2.0 ,这是门窗玻璃幕墙传热系数按玻璃和框面积计权平均值,玻璃的传热系数比2.0 要小,框的传热系数比2.0 要大。同等条件下,玻璃的室内表面温度会比框的室内表面温度高。对于中空low-e玻璃,其传热系数一般为1.5—1.8 。对于断桥铝型材,其传热系数一般为3.0—4.5 。对于上述例2,取玻璃传热系数为1.6 ,取框传热系数为3.5 ,计算结果为:玻璃室内表面温度为14.8 oC,框的室内表面温度为7.4 oC。室内的结露点温度为3.0 oC,玻璃和框的室内表面温度均高于结露点,似乎玻璃和框均不会结露。但是框周边有缝隙,如果框与周边密封不好,室外冷空气会渗漏(词条“渗漏”由行业大百科提供)进入室内,进而降低框的温度,造成框周边局部温度低于结露点而出现结露。实际工程中,有些框结露就主要发生在框的缝隙处,并没有出现框整体结露,其原因就在于此。因此门窗幕墙做室内结露点设计计算时,结露点位置应取门窗玻璃幕墙传热系数最大位置,而不应取其平均值进行计算。

  2. 室内湿度取值偏低

  如今加湿器已普遍使用,特别是居住建筑,几乎家家在使用。例2中室内相对湿度取30%是指没有使用加湿器的北方冬季室内相对湿度的平均值,如果使用加湿器,室内相对湿度将达到40%—50%,甚至更高。同等条件下,当室内相对湿度为40%时,其室内结露温度为7.0 oC,当室内相对湿度为50%时,其室内结露温度为10.5 oC,两者均高于其设计时的3.0 oC。出现结露就很自然了,这就是居住建筑结露现象甚于公共建筑的主要原因。

  3. 极寒和大风天气

  近些年,北方冬季经常出现极寒和大风天气。例2中,室外气温取-10 oC进行设计,如果室外温度下降至-20 oC,同等条件下,门窗玻璃幕墙内表面温度会进一步下降,结露条件就会出现。在大风天气,同等气密条件下,空气渗漏量会增加,使得门窗玻璃幕墙内表面温度下降,进一步加剧结露。

  4. 采暖方式的变更

  过去北方冬季采暖多采用暖气片,且暖气片多位于窗下面。由于暖气片造成室内热空气对流,使得窗内表面温度大于计算值,因此会减少室内结露现象。现在许多建筑采用地暖,室内热源远离窗口,使得窗内表面温度低于计算值,因此会加剧结露现象。

  5. 室内窗帘的作用

  居住建筑大多有窗帘,卧室的窗帘格外厚重。窗帘的使用对于门窗幕墙的结露也有明显影响。对于采用暖气片采暖的房间,窗帘的使用会使窗内表面温度进一步提高,会减少结露。而对于地暖的房间,窗帘的使用会使窗内表面温度进一步下降,会加剧结露。

  五、解决结露的方法

  1. 设计时应尽可能考虑极限条件,如室外温度和室内湿度取值应更符合实际。

  2. 提高门窗玻璃幕墙气密性

  2. 使用时不宜过分加大室内湿度,同时合理使用室内窗帘。对于地暖房间,在最寒冷的日子,窗帘不宜拉的太严,会提高窗内表面温度,减少结露。这些看似简单的方法,对于降低室内结露会非常有效。

  作者单位:北京中新方建筑科技研究中心

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专家介绍

 刘忠伟

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:北京中新方建筑科技研究中心

技术职称:教授级高级工程师,工学博士

专业:1.建筑幕墙设计与计算。 2.建筑幕墙应用技术咨询;《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113主编。

专长:建筑玻璃应用科学与技术、建筑物理、建筑节能、建筑幕墙、门窗等专业的设计与研究。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2022-6-13/49314-1.htm
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