王波

（上海驪港幕墻科技有限公司，上海 200000）

0 引言

隱框玻璃幕墻的框體結(jié)構(gòu)被隱藏在玻璃后，主要為鋁合金材質(zhì)，使用硅酮結(jié)構(gòu)膠與玻璃結(jié)合，外觀通透性強，能夠增強建筑整體結(jié)構(gòu)觀賞效果，主要應用在多層、高層建筑中。隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)更易受環(huán)境溫度影響，在表面溫度低于空氣露點溫度的情況下，玻璃面板處會出現(xiàn)凝結(jié)水，對玻璃幕墻整體使用功能及保溫效果造成不利影響，因此在玻璃幕墻設(shè)計環(huán)節(jié)應著重分析外部環(huán)境溫度、材料性質(zhì)、節(jié)點形式等因素，開展結(jié)露設(shè)計工作。

1 隱框玻璃幕墻結(jié)露現(xiàn)象

空氣主要由氧、氮、水蒸氣與其他少量氣體組成?？諝鈨?nèi)最大蒸汽含量會受空氣溫度影響。在溫度較高的情況下，空氣中的水蒸氣含量比溫度低時含量更多。在空氣內(nèi)濕度達到100%時，水蒸氣壓力為飽和水蒸氣壓力。飽和水蒸氣壓力ps（mmHg）及溫度t（℃）關(guān)系如圖1 所示。

圖1 飽和水蒸氣壓力及溫度關(guān)系

如在一定溫度下飽和空氣冷卻，冷卻后水蒸氣壓力高于該溫度下飽和水蒸氣的壓力，過量的水蒸氣會凝結(jié)成液體水，出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

室內(nèi)相對濕度的比值為p/ps。其中，ps 為飽和水蒸氣壓力。在冬季，室內(nèi)外溫度差異大，室內(nèi)濕度與水蒸氣壓力值也高于室外，水蒸氣會穩(wěn)定從室內(nèi)向室外擴散。飽和水蒸氣對應的溫度為結(jié)露溫度屬于結(jié)露點[1]。圖2 為室內(nèi)溫度（℃）及相對濕度（%）關(guān)系。

圖2 室內(nèi)溫度與相對濕度關(guān)系

隱框玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)情況不同。在水蒸氣壓差作用影響，外部空氣會被玻璃幕墻阻擋，并在玻璃幕墻的低溫處出現(xiàn)結(jié)露情況。在室內(nèi)空氣較為潮濕，且與低于結(jié)露點溫度的玻璃幕墻接觸時，在玻璃幕墻表面出現(xiàn)結(jié)露問題。

南方地區(qū)室外溫度高，空氣中的水分較多。如隱框玻璃幕墻外表面溫度與室內(nèi)溫度差異較大，表面溫度低于室內(nèi)空氣溫度，空氣中的濕度會達到飽和狀態(tài)，出現(xiàn)結(jié)露問題[2]。在北方冬季的溫度低，空氣內(nèi)含水量較少，如室內(nèi)潮濕空氣接觸到基于結(jié)露點的玻璃幕墻，空氣內(nèi)水分飽和，也會在表面產(chǎn)生凝結(jié)水情況。

因此，在設(shè)計隱框幕墻結(jié)構(gòu)期間，設(shè)計人員應結(jié)合幕墻結(jié)構(gòu)特征及工程所在區(qū)域氣候環(huán)境，選擇適宜的幕墻表面材料與結(jié)構(gòu)形式。

2 隱框玻璃幕墻結(jié)露點計算

隱框玻璃幕墻及露點計算可依照室內(nèi)溫度，確定溫度下飽和水蒸氣的壓力值。在室內(nèi)濕度及溫度下的飽和水蒸氣壓力值乘積為該溫度下水蒸氣分壓力值，可找尋該飽和水蒸氣壓與該溫度下水蒸氣分壓力溫度，此溫度就是結(jié)露溫度[3]。

例如，在室內(nèi)溫度為21℃，室內(nèi)濕度為30%的情況下。查找不同溫度下飽和水蒸氣壓力表，發(fā)現(xiàn)21℃條件下的飽和水蒸氣壓為18.65mmHg，在飽和水蒸氣壓為5.6mmHg 時，對應溫度為3.0℃。因此在室內(nèi)溫度為21℃、濕度環(huán)境為30%的情況下，室內(nèi)的結(jié)露點為3.0℃。

在玻璃幕墻中，室內(nèi)側(cè)表面溫度達到結(jié)露點的情況下，幕墻就會發(fā)生泄露現(xiàn)象。玻璃幕墻室內(nèi)表面溫度、室內(nèi)溫度、濕度、幕墻材料傳熱系數(shù)存在密切關(guān)聯(lián)。在實際計算過程中應首先測量玻璃幕墻室內(nèi)側(cè)表面溫度值，在溫度大于室內(nèi)結(jié)露點溫度的情況下不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象；在內(nèi)側(cè)表面溫度小于結(jié)露點溫度時，會出現(xiàn)結(jié)露問題[4]。

3 導致隱框玻璃幕墻結(jié)露現(xiàn)象出現(xiàn)的原因

3.1 結(jié)露點取位問題

通常情況下，玻璃幕墻傳熱系數(shù)主要是依照玻璃及框面計權(quán)平均值計算，玻璃的傳熱系數(shù)會明顯小于框傳熱系數(shù)。在同等條件下，玻璃室內(nèi)表面溫度會比框的室內(nèi)表面溫度更高。中空玻璃的傳熱系數(shù)為1.5～1.8，斷橋鋁材的傳染系數(shù)為3.0～4.5。經(jīng)過實際計算，玻璃的傳熱系數(shù)為1.6，框的傳熱系數(shù)為3.5。室內(nèi)結(jié)露點溫度為3.0℃，高于結(jié)露點，不會出現(xiàn)結(jié)露情況[5]。但在實際施工過程中，因玻璃幕墻周邊存在縫隙，在幕墻密封效果不好的情況下，外部冷空氣會滲入室內(nèi)，導致框溫度與玻璃溫度低于結(jié)露點，進而出現(xiàn)結(jié)露問題。部分工程的記錄情況主要發(fā)生在隱框縫隙處，因此在室內(nèi)結(jié)露點設(shè)計計算環(huán)節(jié)，結(jié)露點需選取在玻璃幕墻傳熱系數(shù)最大位置，不得選取平均值。

3.2 室內(nèi)濕度取值問題

由于過于干燥的空氣會導致用戶身體不適，在北方冬季大部分用戶會選擇使用加濕器，致使室內(nèi)濕度快速提高，達40%～50%。在溫度相同情況下，室內(nèi)濕度為40%，結(jié)露溫度在7.0℃；在室內(nèi)濕度達到50%的情況下，結(jié)露溫度會達到10.5℃，兩者都高于設(shè)計指數(shù)，使結(jié)露情況更易出現(xiàn)。因此在設(shè)置結(jié)露點溫度時，設(shè)計人員應著重考慮室內(nèi)環(huán)境濕度變化情況，選擇適宜的結(jié)露點平均溫度值[6]。

3.3 室外環(huán)境問題

北方經(jīng)常出現(xiàn)極寒及大風天氣。如室外溫度下降至零下20℃，玻璃幕墻表面溫度也會隨之下降，導致結(jié)露甚至結(jié)霜情況出現(xiàn)。大風天氣下，空氣的滲透量也會明顯增加，玻璃幕墻表面溫度快速下降，使結(jié)露情況更加嚴重。

3.4 采暖問題

部分北方地區(qū)的建筑依舊使用暖氣片采暖方式，暖氣片位于窗下方，散發(fā)的溫度會產(chǎn)生室內(nèi)熱空氣對流，使得窗內(nèi)表面溫度大于設(shè)計值，緩解結(jié)露情況。地暖采暖方式雖然能夠維持室內(nèi)溫度平衡，但室內(nèi)熱源會遠離窗口，導致窗內(nèi)表面溫度低于實際設(shè)計值，出現(xiàn)結(jié)露問題。

4 隱框玻璃幕墻結(jié)露設(shè)計要點

隱框玻璃幕墻鐵路設(shè)計工作應做好室內(nèi)表面溫度控制工作，提高幕墻結(jié)構(gòu)保溫性能，避免在玻璃幕墻處出現(xiàn)冷橋問題[7]。選擇適宜的門窗結(jié)構(gòu)形式與材料，如具有良好隔熱性能的中空玻璃、low-e 玻璃、隔熱真空玻璃等；門窗框可使用木材、斷熱鋁合金鋼材、塑料鋼材。由于木材屬于不可再生資源，造價高、應用范圍小，可使用斷熱鋁合金材，保障窗框結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增強狀況結(jié)構(gòu)，整體隔熱效果。

5 隱框玻璃幕墻結(jié)露設(shè)計案例分析

5.1 工程概況

本文以某體育館建筑工程為例，該建筑工程占地面積大，需滿足各項體育運動要求。工程主要采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂處為鋼結(jié)構(gòu)承重體系，裝飾施工工作包括平衡點玻璃幕墻、玻璃采光頂、明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻等。不同幕墻結(jié)構(gòu)的施工要求差異較大，本文選取隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，分析玻璃幕墻結(jié)構(gòu)結(jié)露設(shè)計要點。因工程大面積使用了玻璃幕墻，應加強幕墻玻璃設(shè)計期間的結(jié)露管控力度，避免結(jié)露問題較為嚴重，對結(jié)構(gòu)整體的功能性及裝飾效果造成不利影響。

5.2 結(jié)露設(shè)計參數(shù)

幕墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計環(huán)節(jié)還應著重分析建筑工程所處環(huán)境特征、室內(nèi)外溫度、面板材質(zhì)等要素，最大限度降低結(jié)露問題發(fā)生概率。

依據(jù)定性及定量分析法，濕度屬于物理狀態(tài)量，為相對濕度值。氣體中的水蒸氣及空氣濕度存在密切關(guān)聯(lián)。如氣體內(nèi)水蒸氣及空氣相同，為飽和水蒸氣量。絕對濕度是單位體積下空氣中含有的水蒸氣量，單位為立方米。水蒸氣質(zhì)量相同，溫度及壓力變化時的氣體壓力也會隨之變化，絕對濕度產(chǎn)生波動[8]。

濕度主要就是指空氣內(nèi)水分含量，氣象角度分析，主要包括水汽壓、相對濕度值、結(jié)露點濕度等。水汽中的絕對含量可以用使氣壓與大氣壓力的分壓值表示，單位為豪帕?？諝庵械乃?，到達一定限度后會停止吸收，該限度值為氣體的飽和點?？諝庵械乃柡忘c與水點氣壓值共同屬于飽和水氣壓。在相同溫度條件下，冰面的飽和水氣壓會低于水面的飽和水氣壓，可以使用相對濕度指數(shù)測量氣體飽和度。如空氣中的分含量少，氣體會更干燥；如空氣中的含水量多，說明空氣潮濕，接近飽和狀態(tài)[9]。

5.3 結(jié)露設(shè)計流程

結(jié)合工程案例具體要求，對建筑工程玻璃幕墻的產(chǎn)品性能進行細致分析。在確定空氣相對濕度的情況下，空氣中的水蒸氣計算應當獲取水蒸氣壓、空氣相對濕度、空氣中飽和水氣壓值。

分析并計算隱框玻璃幕墻的結(jié)露點。案例工程中的室內(nèi)溫度通常在25℃，室外溫度為-10℃。玻璃內(nèi)表面換氣系數(shù)為8.0w，外表面為23.0w。

完善玻璃結(jié)構(gòu)性能評價標準，合理計算出玻璃幕墻的結(jié)露溫度值。由于結(jié)露溫度小于室內(nèi)玻璃溫度，判斷玻璃幕墻的防水露效果良好，在正常溫度下的幕墻結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)結(jié)露情況。

5.4 雙層玻璃幕墻結(jié)露設(shè)計

現(xiàn)階段玻璃幕墻結(jié)構(gòu)種類增多，不同幕墻結(jié)構(gòu)的結(jié)露設(shè)計要求存在一定差異，在具體設(shè)計過程中還需要對比分析不同玻璃幕墻傳熱系數(shù)，在保障玻璃幕墻結(jié)露效果的基礎(chǔ)上，控制幕墻結(jié)構(gòu)建設(shè)及運營成本。

（1）U 型玻璃+中空玻璃的雙層幕墻傳熱系數(shù)。玻璃幕墻是建筑重要外圍結(jié)構(gòu)，幕墻整體的熱工性能與建筑能耗量存在密切關(guān)聯(lián)。單層幕墻結(jié)構(gòu)的熱工性較差，在使用期間會浪費更多資源。雙層幕墻結(jié)構(gòu)包括外層幕墻、內(nèi)層幕墻、熱通道?？諝饽軌蛟跓嵬ǖ纼?nèi)快速流通。通過在外墻處設(shè)置進風口、內(nèi)墻處設(shè)置通風口，使熱通道內(nèi)的空氣能夠與外界有效流通[10]。

夏季陽光充足，會加熱雙層玻璃幕墻中的熱通道空氣，促進空氣由下至上流通，空氣中的多余熱量被帶走，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。冬季可通過關(guān)閉封口方式，維持玻璃幕墻內(nèi)溫度，控制房間內(nèi)外溫度差，實現(xiàn)良好的保溫目標。

著重計算雙層幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，應首先明確玻璃結(jié)構(gòu)及尺寸，如玻璃內(nèi)外片的厚度為6mm、中空層厚度為12mm。經(jīng)過計算后，多層玻璃系統(tǒng)內(nèi)部傳熱系數(shù)為3.70w，內(nèi)部傳熱系數(shù)為3.02w。

明確雙層玻璃幕墻總傳熱量，當外層玻璃幕墻、空氣層及內(nèi)層中空玻璃幕墻熱阻值加在一起，獲得結(jié)果為1.236w。圖3 為雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。

圖3 雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)

（2）雙層玻璃幕墻結(jié)露設(shè)計。確定建筑工程內(nèi)外環(huán)境溫度，計算玻璃內(nèi)外表面換熱系數(shù)，雙層玻璃幕墻傳熱系數(shù)、中空玻璃幕墻室內(nèi)玻璃表面溫度。如室內(nèi)玻璃幕墻表面高出空氣結(jié)露點位置，說明雙層幕墻結(jié)構(gòu)具有良好的防結(jié)露效果，能夠切實保障建筑整體節(jié)能性。

在案例玻璃幕墻設(shè)計環(huán)節(jié)沒有考慮到太陽輻射的傳熱作用。由于太陽輻射能夠進一步提升冬季升溫及防結(jié)露效果，對空氣滲流的影響作用小。如室內(nèi)空氣較為潮濕，也可在玻璃幕墻熱通道處采用適宜的除濕方式，盡量減少結(jié)露問題出現(xiàn)。

為進一步增強玻璃幕墻結(jié)構(gòu)承載力，在結(jié)露設(shè)計過程中還應做好幕墻橫梁計算工作。設(shè)定計算標高值、橫梁跨度、橫梁分隔高度及橫梁間距，建立三角荷載簡支梁，計算量體受力值，選擇適宜的橫梁材料，橫梁參數(shù)。

6 結(jié)語

總而言之，隱框玻璃幕墻防結(jié)露設(shè)計水平可直接影響到幕墻結(jié)構(gòu)功能性。在一定溫度條件下，有效控制隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，如使用鍍膜玻璃、熱反射玻璃、增加玻璃幕墻空氣層厚度等。為增強玻璃幕墻結(jié)露設(shè)計效果，還應結(jié)合玻璃材料的傳熱系數(shù)、密封性能，對可能出現(xiàn)結(jié)露問題的因素進行全面控制，從根本上降低幕墻結(jié)露問題影響范圍。