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哈爾濱北方極端天氣,建筑外門窗如何應(yīng)對?(上)
2021年11月7日立冬(農(nóng)歷10月初三),從11月7~9號全國性的降溫,北方開啟暴雪的極端天氣,濕寒氣候?qū)е乱咔槔^續(xù)持續(xù),強降雪使降雪厚度達10cm以上,大家在室內(nèi)的時間會更多些,這時也是考驗室內(nèi)舒適度和外窗結(jié)構(gòu)保溫的更佳時機,比如外窗出現(xiàn)不保溫、結(jié)露、漏風、出汗、墻體發(fā)霉、返潮等現(xiàn)象,說明外窗不保溫導(dǎo)致的結(jié)果,由此反映出建筑外窗能耗比較大,約占建筑能耗50%,大家肯定都有切身的體會。
外窗出現(xiàn)結(jié)露和出汗現(xiàn)象
目前******節(jié)能政策大力推進雙碳+碳排放+節(jié)能,建筑是能耗比較大的行業(yè),需要解決的問題很多,包括小區(qū)外墻及外窗的節(jié)能改造將是重點,建筑外門窗要解決這一系列的問題,需要從根本上來了解這個事情。
門窗如何不結(jié)露?需要幾個條件:
門窗設(shè)計、選材的合理性
采用高效節(jié)能門窗
氣密性能的保證
采用干法安裝
室內(nèi)保證良好的溫度和濕度
******部分:結(jié)露的基本原理
一、結(jié)露的產(chǎn)生原因
結(jié)露定義:主要是室內(nèi)外溫差、窗的傳熱系數(shù)U值及室內(nèi)相對濕度RH大小,氣密性能及安裝方式等因素,在室內(nèi)窗表面(或低于室內(nèi)溫度的室內(nèi)物體表面)而產(chǎn)生的飽和水蒸氣壓,將造成該表面結(jié)露。
因此,要從窗的設(shè)計結(jié)構(gòu)、材料選擇、加工、組裝、安裝方式上予以高度重視,現(xiàn)分述如下:
1、相對濕度
在一定的溫度空氣中,只能含有一定量的水蒸氣,若不能再含有更多的水份時,所達到的狀態(tài),稱為飽和狀態(tài)??諝庵羞_到飽和狀態(tài)以前,所能含有的水份量,隨空氣溫度的高、低而增加或降低。即:相對濕度(RH)=空氣中的水蒸氣含量/同濕度空氣達到飽和時水蒸汽量×99.99%.........(1)
2、飽和水蒸氣壓Ps(mmhg)
不同溫度下的飽和水蒸氣壓Ps是不一樣的,隨著溫度越高,空氣中所能達到飽和水蒸氣壓Ps就越大,達到飽和水蒸氣壓Ps時,相對濕度RH即達99.99%。
3、室內(nèi)窗表面結(jié)露點濕度的計算方法
當室內(nèi)設(shè)計溫度條件下的相對溫度未達到飽和水蒸氣壓含量時的水蒸氣壓P,應(yīng)按室內(nèi)相對溫度與該溫度下飽和水蒸氣壓Ps的乘積,即:P=RH×Ps……..(2)
上述所求出是水蒸汽分壓P值,再從P值相等的飽和水蒸氣壓的相對應(yīng)的溫度,即為室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度。
例1:若室內(nèi)設(shè)計溫度為20℃,相對濕度RH=40%時,求室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度,即得:P=0.4×17.53=7.013mmhg,飽和水蒸氣壓Ps為7.013mmhg時的溫度為6℃,故室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度為6℃。
4、室內(nèi)窗表面的結(jié)露溫度判定
室內(nèi)窗表面溫度的計算公式為:T=Ti-RiU(Ti-To),當室內(nèi)窗表面溫度計算值T大于室內(nèi)結(jié)露點溫度時,可判定為室內(nèi)窗表面不會結(jié)露,否則會產(chǎn)生結(jié)露。
例2:若室外溫度To=-24℃,室內(nèi)溫度Ti=20℃。窗的傳熱系數(shù)U=2.5w/m2.k,室內(nèi)相對濕度RH=40%時,試判定窗內(nèi)表面是否結(jié)露。帶入上式:T=20-0.125×2.5×(20+24)=6.25℃,根據(jù)例1的計算室內(nèi)一般結(jié)露點為6℃,而本例計算出室內(nèi)窗表面的溫度為6.25℃,大于6度故按上述參數(shù)設(shè)計窗的內(nèi)表面不會結(jié)露。
二、建筑體型系數(shù)與窗墻面積比對U值得影響
1、建筑體型系數(shù)
建筑體型系數(shù)指建筑物表面的面積與建筑物體積之比,即體形系數(shù)=∑A/V......(3)
建筑物熱損失量與外表的總體積,傳熱系數(shù)U值,室內(nèi)外溫差體積有密切關(guān)系。我們知道,對建筑物體積來說,同樣大小的體積,若其長、寬、高尺寸的變化,可得出不同大小的總面積,因而其熱損失就有差別,從節(jié)能的角度上就提高了體積系數(shù)的要求,也就是說體形系數(shù)越大,則單位建筑面積對應(yīng)的外表面積就越大,傳熱損失就越大。這樣在建筑物熱損失量要求規(guī)定值時,若體型系數(shù)表越大,U值時要求就得越小,才能滿足要求。
2、窗墻面積比對U值得影響
由于窗和墻的傳熱系數(shù)相差較大,故對窗墻面積的不同比例對窗的U值就有不同要求,也就是說窗墻面積比越大,則對窗的U值要求就越小,以減少熱損失,見下表:
三、室內(nèi)通風與防潮
保溫效果的提高有兩個重要的指標,即傳熱系數(shù)U值與氣密性能的要求,由于氣密性能的提高,帶來的新問題,即室內(nèi)的空氣污染物和相對濕度高時的潮濕問題。
1、衛(wèi)生和健康要求換氣
我們知道,長期以來所使用的老式門窗密封是很不嚴密的,冷空氣從窗縫透入室內(nèi),盡管窗不打開,從縫隙入室內(nèi)的新鮮空氣,足以滿足一般居住條件的換氣與防潮要求。但進入的冷空氣就得增加取暖設(shè)備的負荷,以保持室內(nèi)溫度,這就要耗費能源。
按節(jié)能保溫要求,將室內(nèi)通風,按******標準要求,控制在適宜狀況,******的采取的措施是從建筑總體系統(tǒng)上安置溫度,濕度,通風自動控制設(shè)施來自動調(diào)節(jié)造成舒適環(huán)境,但對普通建筑,仍采用人工開啟的通風方式或通風槽,換氣排煙器等設(shè)施來解決。
2、控制通風量即防止相對濕度高時產(chǎn)生潮濕問題
在居住和工作的房間里,會通常產(chǎn)生水蒸汽,一個人的呼吸每天可產(chǎn)生1至2立升的水蒸汽,洗澡,吃飯,澆花等每天可產(chǎn)生2立升以上水蒸汽,這些肉眼看不見的水蒸汽保留在室內(nèi)空氣中,這些水蒸汽的變化像熱量由熱轉(zhuǎn)為冷的過程,即冬季由室內(nèi)向室外,向濕度轉(zhuǎn)低的室內(nèi)表面聚集而形成露點結(jié)露聚華成冷凝水。熱空氣能吸收許多水蒸汽,常壓下20℃溫度時的含水量為17.3克/米3,冷空氣吸收水蒸汽的量少,在0度含水量約為4.8克/米3。在20℃條件下空氣的相對溫度為99.99%時,若將其下降到0℃時,就會產(chǎn)生17.3-4.8=12.5克/米3的冷凝水。
在室溫20度的條件下,相對濕度在40%~60%較為舒適,在同一濕度條件下,若相對濕度達70%時,就會感到“發(fā)悶”而相對濕度在30%時,就會感到“干燥”使人覺得不舒服。這樣室內(nèi)相對濕度高時就需采取通風來調(diào)節(jié)。例3:若室外溫度為-15℃,冬季晴天相對濕度40%與室內(nèi)濕度為20℃,相對溫度為70%。若通風交換出室內(nèi)空氣1/3時,室內(nèi)相對濕度為多少?
(17.3×70%×2+1.39×40%)/3/17.3=0.477≈48%
上述計算說明,采取有控制的通風,將室內(nèi)相對濕度控制在適宜的范圍與衛(wèi)生和健康要求換氣要求是一致的,即解決了室內(nèi)空氣污染也解決了室內(nèi)的結(jié)露潮濕問題。
外窗出現(xiàn)結(jié)露和出汗現(xiàn)象
目前******節(jié)能政策大力推進雙碳+碳排放+節(jié)能,建筑是能耗比較大的行業(yè),需要解決的問題很多,包括小區(qū)外墻及外窗的節(jié)能改造將是重點,建筑外門窗要解決這一系列的問題,需要從根本上來了解這個事情。
門窗如何不結(jié)露?需要幾個條件:
門窗設(shè)計、選材的合理性
采用高效節(jié)能門窗
氣密性能的保證
采用干法安裝
室內(nèi)保證良好的溫度和濕度
超低能耗建筑外窗“大斷橋”產(chǎn)品
******部分:結(jié)露的基本原理
一、結(jié)露的產(chǎn)生原因
結(jié)露定義:主要是室內(nèi)外溫差、窗的傳熱系數(shù)U值及室內(nèi)相對濕度RH大小,氣密性能及安裝方式等因素,在室內(nèi)窗表面(或低于室內(nèi)溫度的室內(nèi)物體表面)而產(chǎn)生的飽和水蒸氣壓,將造成該表面結(jié)露。
因此,要從窗的設(shè)計結(jié)構(gòu)、材料選擇、加工、組裝、安裝方式上予以高度重視,現(xiàn)分述如下:
1、相對濕度
在一定的溫度空氣中,只能含有一定量的水蒸氣,若不能再含有更多的水份時,所達到的狀態(tài),稱為飽和狀態(tài)??諝庵羞_到飽和狀態(tài)以前,所能含有的水份量,隨空氣溫度的高、低而增加或降低。即:相對濕度(RH)=空氣中的水蒸氣含量/同濕度空氣達到飽和時水蒸汽量×99.99%.........(1)
2、飽和水蒸氣壓Ps(mmhg)
不同溫度下的飽和水蒸氣壓Ps是不一樣的,隨著溫度越高,空氣中所能達到飽和水蒸氣壓Ps就越大,達到飽和水蒸氣壓Ps時,相對濕度RH即達99.99%。
3、室內(nèi)窗表面結(jié)露點濕度的計算方法
當室內(nèi)設(shè)計溫度條件下的相對溫度未達到飽和水蒸氣壓含量時的水蒸氣壓P,應(yīng)按室內(nèi)相對溫度與該溫度下飽和水蒸氣壓Ps的乘積,即:P=RH×Ps……..(2)
上述所求出是水蒸汽分壓P值,再從P值相等的飽和水蒸氣壓的相對應(yīng)的溫度,即為室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度。
例1:若室內(nèi)設(shè)計溫度為20℃,相對濕度RH=40%時,求室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度,即得:P=0.4×17.53=7.013mmhg,飽和水蒸氣壓Ps為7.013mmhg時的溫度為6℃,故室內(nèi)窗表面的結(jié)露點溫度為6℃。
4、室內(nèi)窗表面的結(jié)露溫度判定
室內(nèi)窗表面溫度的計算公式為:T=Ti-RiU(Ti-To),當室內(nèi)窗表面溫度計算值T大于室內(nèi)結(jié)露點溫度時,可判定為室內(nèi)窗表面不會結(jié)露,否則會產(chǎn)生結(jié)露。
例2:若室外溫度To=-24℃,室內(nèi)溫度Ti=20℃。窗的傳熱系數(shù)U=2.5w/m2.k,室內(nèi)相對濕度RH=40%時,試判定窗內(nèi)表面是否結(jié)露。帶入上式:T=20-0.125×2.5×(20+24)=6.25℃,根據(jù)例1的計算室內(nèi)一般結(jié)露點為6℃,而本例計算出室內(nèi)窗表面的溫度為6.25℃,大于6度故按上述參數(shù)設(shè)計窗的內(nèi)表面不會結(jié)露。
超低能耗建筑示意
二、建筑體型系數(shù)與窗墻面積比對U值得影響
1、建筑體型系數(shù)
建筑體型系數(shù)指建筑物表面的面積與建筑物體積之比,即體形系數(shù)=∑A/V......(3)
建筑物熱損失量與外表的總體積,傳熱系數(shù)U值,室內(nèi)外溫差體積有密切關(guān)系。我們知道,對建筑物體積來說,同樣大小的體積,若其長、寬、高尺寸的變化,可得出不同大小的總面積,因而其熱損失就有差別,從節(jié)能的角度上就提高了體積系數(shù)的要求,也就是說體形系數(shù)越大,則單位建筑面積對應(yīng)的外表面積就越大,傳熱損失就越大。這樣在建筑物熱損失量要求規(guī)定值時,若體型系數(shù)表越大,U值時要求就得越小,才能滿足要求。
2、窗墻面積比對U值得影響
由于窗和墻的傳熱系數(shù)相差較大,故對窗墻面積的不同比例對窗的U值就有不同要求,也就是說窗墻面積比越大,則對窗的U值要求就越小,以減少熱損失,見下表:
建筑體型系數(shù)與窗墻面積比對U值得要求
三、室內(nèi)通風與防潮
保溫效果的提高有兩個重要的指標,即傳熱系數(shù)U值與氣密性能的要求,由于氣密性能的提高,帶來的新問題,即室內(nèi)的空氣污染物和相對濕度高時的潮濕問題。
1、衛(wèi)生和健康要求換氣
我們知道,長期以來所使用的老式門窗密封是很不嚴密的,冷空氣從窗縫透入室內(nèi),盡管窗不打開,從縫隙入室內(nèi)的新鮮空氣,足以滿足一般居住條件的換氣與防潮要求。但進入的冷空氣就得增加取暖設(shè)備的負荷,以保持室內(nèi)溫度,這就要耗費能源。
按節(jié)能保溫要求,將室內(nèi)通風,按******標準要求,控制在適宜狀況,******的采取的措施是從建筑總體系統(tǒng)上安置溫度,濕度,通風自動控制設(shè)施來自動調(diào)節(jié)造成舒適環(huán)境,但對普通建筑,仍采用人工開啟的通風方式或通風槽,換氣排煙器等設(shè)施來解決。
2、控制通風量即防止相對濕度高時產(chǎn)生潮濕問題
在居住和工作的房間里,會通常產(chǎn)生水蒸汽,一個人的呼吸每天可產(chǎn)生1至2立升的水蒸汽,洗澡,吃飯,澆花等每天可產(chǎn)生2立升以上水蒸汽,這些肉眼看不見的水蒸汽保留在室內(nèi)空氣中,這些水蒸汽的變化像熱量由熱轉(zhuǎn)為冷的過程,即冬季由室內(nèi)向室外,向濕度轉(zhuǎn)低的室內(nèi)表面聚集而形成露點結(jié)露聚華成冷凝水。熱空氣能吸收許多水蒸汽,常壓下20℃溫度時的含水量為17.3克/米3,冷空氣吸收水蒸汽的量少,在0度含水量約為4.8克/米3。在20℃條件下空氣的相對溫度為99.99%時,若將其下降到0℃時,就會產(chǎn)生17.3-4.8=12.5克/米3的冷凝水。
飽和潮濕空氣的含水量
在室溫20度的條件下,相對濕度在40%~60%較為舒適,在同一濕度條件下,若相對濕度達70%時,就會感到“發(fā)悶”而相對濕度在30%時,就會感到“干燥”使人覺得不舒服。這樣室內(nèi)相對濕度高時就需采取通風來調(diào)節(jié)。例3:若室外溫度為-15℃,冬季晴天相對濕度40%與室內(nèi)濕度為20℃,相對溫度為70%。若通風交換出室內(nèi)空氣1/3時,室內(nèi)相對濕度為多少?
(17.3×70%×2+1.39×40%)/3/17.3=0.477≈48%
上述計算說明,采取有控制的通風,將室內(nèi)相對濕度控制在適宜的范圍與衛(wèi)生和健康要求換氣要求是一致的,即解決了室內(nèi)空氣污染也解決了室內(nèi)的結(jié)露潮濕問題。
窗的傳熱系數(shù)與相對濕度和室內(nèi)外溫度的關(guān)系
未完待續(xù)......
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