建筑幕墙防结露设计计算

【摘要】：本文从幕墙设计的角度探讨幕墙结露的形成原因，并通过定量计算探讨如何防止幕墙结露现象的发生。
　　【关键词】建筑幕墙热工性能幕墙设计结露表面换热系数
　　结露是一种很普遍的自然现象，比如汽车玻璃、空调机、空气压缩机、冬季使用的摄像机、眼镜等都会产生结露现象。幕墙作为建筑物的外围护结构，结露问题的出现一直以来都困扰着使用者和维护者，近年来随着《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005的实施，玻璃幕墙节能性能的不断提高，有效的防止了幕墙的结露现象的发生，但是由于引起结露的原因是多方面的，并不能完全避免结露现象的发生（类如高湿环境，室内空气湿度大情况）。如何定量的对幕墙结露问题进行分析计算，尽可能的从设计的角度避免结露成为幕墙设计者必须要面对的问题。下面我们就从幕墙设计角度对幕墙结露进行定量分析计算，对幕墙防结露性能进行合理评估。
　　一、结露现象的形成
　　空气中含有少量的水蒸气，空气中水蒸气的含量可用水蒸气压Es表示。空气中所能含水蒸气的最大量与空气的温度有关，高温空气比低温空气能含有更多的水蒸气。在大气压和空气湿度不变的情况下，未饱和的空气因冷却而达到饱和状态时的温度，称为露点温度。当围护结构表面温度低于附近空气露点温度时，就会在表面出现冷凝水的现象。
　　幕墙结露现象主要分为两种情况：1.当室内的湿空气碰到低于露点温度的幕墙或采光顶时，水蒸气就会附着于表面上形成结露现象;2.在水蒸汽压差作用下，空气通过幕墙或采光顶时，被阻挡在低温部位产生结露。
　　对于我国北方地区冬季因气候寒冷，使得幕墙结构的内表面温度下降，当室内的湿空气碰到低于露点温度的幕墙或采光顶时，造成附近空气中的水蒸汽饱和，产生冷凝水现象，水蒸气就会附着于表面上形成结露现象。而对于南方地区夏季，多气候炎热潮湿，当室外空气向高温高湿变化，幕墙和采光顶内表面的温度不能及时升高时；或者室内温度较低，结构外表面的温度低于室外空气的露点温度时，或者外部高湿空气流入低温房间中，达到饱和时所产生的结露。因此对于不同的建筑物要根据不同的环境条件，设立边界条件进行计算。
　　二、玻璃幕墙结露计算算例
　　1、计算环境条件的设立
　　该建筑物在北京地区，所采用的计算条件如下：
　　室内环境温度Tin=20℃
　　室外环境温度Tout=-20℃
　　室内相对湿度RH=30%或RH=50%或RH=70%
　　室外风速V=4m/s；
　　室外平均辐射温度等于室外环境气温
　　室内平均辐射温度等于室内环境气温
　　2、水(冰)表面的饱和水蒸汽压计算：
　　Es=E0×10((a×t)/(b+t))
　　式中：
　　E0：空气温度为0℃时的饱和水蒸汽压，取E0=6.11hPa；
　　t：空气温度，℃；
　　a、b：参数，对于水面(t>0℃)，a=7.5，b＝237.3；对于冰面(t≤0℃)，a=9.5，b＝265.5。
　　Es=E0×10((a×t)/(b+t))
　　=6.11×10((7.5×20)/(237.3+20))
　　=23.389
　　3、在空气相对湿度f下，空气的水蒸汽压计算：
　　e=f•Es
　　式中：
　　e：空气的水蒸汽压，hPa；
　　f：空气的相对湿度，％；
　　Es：空气的饱和水蒸汽压，hPa；
　　e=f•Es
　　=0.50×23.389
　　=11.694
　　4、空气的结露点温度计算：
　　Td=b/(a/lg(e/6.11)-1)[注：lg(e/6.11)表示取以10为底，e/6.11的对数。]
　　式中：
　　Td：空气的结露点温度，℃；
　　e：空气的水蒸汽压，hPa；
　　a、b：参数，对于水面(t>0℃)，a=7.5，b=237.3；对于冰面(t≤0℃)，a=9.5，b=265.5。
　　Td=b/(a/lg(e/6.11)-1)
　　=237.3/((7.5/lg(11.694/6.11))-1)
　　=9.268℃
　　5、幕墙内表面的计算温度：
　　室内环境温度：Tin=20.0℃；
　　室外环境温度：Tout=-10℃；
　　内表面换热系数：hbi=8.0W/(m2•K)；
　　外表面换热系数：hbe=23.0W/(m2•K)；
　　幕墙的传热系数：K=2.6W/(m2•K)；
　　幕墙结露性能评价指标(室内表面温度)：Tpj；
　　Kg×(Tin-Tout)=hbi×(Tin-Tpj)
　　Tpj=Tin-(Tin-Tout)•Kg/hbi
　　=20-(20-(-10))×2.6/8
　　=10.25℃
　　因为Td=9.268℃≤10.25℃；
　　所以该幕墙的结露性能可以满足要求，也就是说在该计算条件下不会出现结露现象。
　　三、结论
　　从上面的计算中可已看出如果计算环境条件不变的条件下，幕墙传热系数K值的降低，本意上是提高幕墙的保温性能，在客观上却减小了幕墙结露现象发生的可能性。同时注意到如果幕墙薄弱环节上幕墙K值很高的话很可能在局部出现结露现象，因此在幕墙设计阶段必须考虑到幕墙薄弱环节的K值，以确保这些位置不会出现结露。
　　而对于相同的幕墙配置当外界计算条件改变了，例如室内空气湿度较高（浴室，泳池）时，也可能会出现结露现象。因此我们在设计阶段除了认真考虑幕墙的保温性能的同时，也必须考虑到环境变化进行防结露计算。作为建筑使用者，也应该多开窗透风透气，以降低室内空气中水蒸气含量，防止结露发生。*e+e4g
　　不见光位部位（Spandrelarea）处结露点的讨论，由于混凝土及隔热棉的隔热性较好，所以玻璃的外表面温度将高于露点温度，此时结露一般会在隔热棉中产生，这样就需要在隔热棉内侧加附隔汽层（Vapourbarrier），以阻止湿气进入隔热棉。由于隔热棉会使其前面的空间温度经常高于露点温度，所以这部分空间应加上通风，从而可以大幅减少在隔汽层上的冷凝水。需注意的是，在南方地区，隔汽层一般需要安装在隔热棉的外侧面。由于南方地区，在一年的大多数时间内，室外的气温及湿度都大于室内，因此隔汽层需安装于外侧。
　　
　　参考文献
　　[1]公共建筑节能设计标准    GB50189-2005
　　[2]采暖通风与空气调节设计规范    GB50019-2003
　　[3]民用建筑热工设计规范        GB50176-93
　　[4]杨善勤民用建筑节能设计手册
　　[5][日]山田雅士建筑结露