[转载]门窗结露的原因

进入冬季,门窗结露结霜的现象越来越多。形成的原因简单来说可以归结为室内外温差、湿度的问题,但如果往深了说,那就复杂多了。

在这里,笔者从网上找到一篇比较有深度的文章,故转载过来分享给大家。


结露的条件是空气具有一定的湿度,空气的温度高于结露物体表面的温度,并且结露物体表面的温度低于露点。结露存在的现象很普遍,比如温室大棚、冷水管道、建筑墙壁、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。具体我们行业的门窗结露问题就是门窗幕墙的保温性能不好,或者是门窗幕墙的收边收口保温性能不好,使室内较热的湿空气遇到较冷(达到露点温度)的门窗幕墙的内表面,水蒸气就会在门窗幕墙的内表面上结晶成水滴,形成结露;当门窗幕墙的内表面温度低于00 C时便形成结霜。 
 
湿度(humidity):在计量法中规定,湿度定义为“物象状态的量”。日常生活中所指的湿度为相对湿度,%rh表示。总言之,即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。  
 
绝对湿度(Absolute humidity):单位体积(1m3)的气体中含有水蒸气的质量(g)。表示∶D=g/m3 。但是,即使水蒸气量相同,由于温度和压力的变化气体体积也要发生变化,即绝对湿度D发生变化。 
 
相对湿度(Relative humidity):气体中的水蒸气压(e)与其气体的饱和水蒸气压(es)的比/用百分比表示。表示∶rh=e/es×100% 。但是,温度和压力的变化导致饱和水蒸气压的变化,rh也将随之而变化。 
 
湿度表示空气中水汽的含量或干湿程度,在气象观测中常用水汽压、相对湿度和露点温度三种物理量表示。  
 
水汽压(e)是水汽在大气总压力中的分压力。它表示了空气中水汽的绝对含量的大小,以毫帕为单位。空气吸收水汽有一定限量,达到了限量就不再吸收,这个限量叫“饱和点”。空气中水汽达到饱和点时的水汽压,称为饱和水汽压(或称最大水汽张力)。饱和水汽压是温度的函数,随温度升高而增大。在同一温度下,纯冰面上的饱和水汽压要小于纯水面上的饱和水汽压。  
 
相对湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度。空气完全干燥时,相对湿度为零。相对湿度越小,表示当时空气越干燥。当相对湿度接近于100%时,表示空气很潮湿,越接近于饱和。  
 
环境温度 (environmental temperature):表示环境冷热程度的物理量。  测量方法 常用的环境温度测量方法有三种: 
 

  1. 干球温度法:在温度计的水银球不加任何包被的情况下进行测量。测出的温度是大气温度,俗称气温。

 

  1.  湿球温度法:用湿棉纱把温度计的水银球包起来进行测量。测出的温度是大气湿度饱和情况下的温度。 干球温度与湿球温度的差值可反映出环境的湿度。湿球温度与气温和水汽压力(分压)之间的关系为: he(pw-pa)=hc(Ta-Tw)。 

式中he为热蒸发系数;pw为湿球温度下的饱和水汽分压(湿球表面的水汽压力);pa为周围环境中的水汽分压;hc为热对流系数;Ta为干球温度(气温);Tw为湿球温度。 
 

  1. 黑球温度法:将温度计的水银球放入一个直径为15cm外涂黑色的空心铜球的中心进行温度测量。这种温度计又称黑球温度计或铜球温度计。黑球温度(Tg)可以反映环境的热辐射情况,其关系为: Tg=(hc•Ta+hr•Tr)/(hc+hr) 

式中Tr为平均辐射温度;hr为热辐射系数。 
 
这三种温度所反映的环境温度性质是不同的,所以在表示环境温度时必须说明所采用的测量方法。 
 
辐射温度(radiation temperature):如果实际物体的总辐射出射度(包括全部波长)与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等,则黑体的温度称为该物体的辐射温度。根据斯忒藩-玻尔兹曼定律,绝对黑体的辐射出射度与热力学温度的4次方成正比,由此可确定物体的辐射温度。由于一般物体都不是黑体,其发射率总是小于1的正数,故物体的辐射温度总是小于物体的实际温度,物体的发射率越小,其实际温度与辐射温度的偏离就越大。 
 
黑体(black body):任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体。  所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,但许多地物是较好的黑体近似(在某些波段上)。  
 
 
基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff),在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体。 饱和水蒸气压(Saturation Vapor Pressure):气体中所含水蒸气的量是有限度的,达到限度的状态即可称之为饱和,此时的水蒸气压即称为饱和水蒸气压。此物理量亦随着温度,压力的变化而变化,并且,0℃以下即使同一湿度,与水共存的饱和水蒸气压(esw)和与冰共存的饱和水蒸气压(esi)的值不同,通常所采用的是与水共存的饱和水蒸气压(esw)。 
 
露点(Dew Point)/霜点(Frost Point):温度较高的气体其所含水蒸气也较多,将此气冷却后,其所含水蒸气的量即使不发生变化,相对湿度增加,当达到一定温度时相对rh达到100%饱和,此时,继续进行冷却的话,其中一部分的水蒸气将凝聚成露。此时的温度即为露点温度(Dew Point Temperature)。露点在0℃以下结冰时即为霜点(Frost Point)。  露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下,冷却到饱和时的温度。形象地说,就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值,可为什么用它来表示湿度呢?这是因为,当空气中水汽已达到饱和时,气温与露点温度相同;当水汽未达到饱和时,气温一定高于露点温度。所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度。在100%的相对湿度时,周围环境的温度就是露点温度。露点温度越小于周围环境的温度,结露的可能性就越小,也就意味着空气越干燥,露点不受温度影响,但受压力影响。 
 
简单的说干球温度测试时的环境温度,如保持此时的湿度不变,当温度降到湿球温度时,开始出现露水。 用温度计挂在室外或室内测得的温度称为干球温度。将温度计的温泡扎上润湿的纱布,并将纱布的下端浸于充水容器中,就成为湿球温度计了。将湿球温度计置于通风处,使空气不断流通,此时该温度计读数为湿球温度。
 
 结露案例计算:  
 
1.在进行建筑门窗、玻璃幕墙产品性能分级时,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可采用下式计算: 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=6.11 hPa; 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。 
 
3.在空气相对湿度f下,空气的水蒸汽压可按下式计算: 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。 
 
4.空气的结露点温度可以采用下面公式计算: 
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。 
 
5.本计算所采用的计算条件: 室内环境温度 Tin=25.0℃; 
室外环境温度 Tout=-10.0℃; 室内相对湿度 f=50%; 
门窗幕墙玻璃的传热系数 Ug=1.75W/m2.K 
a、b——参数,对于水面(t>0℃),a=7.5,b=237.3; E0=6.11 hPa。 
Es=E0×10^((a×t)/(b+t)) 
=6.11×10^((7.5-25.0)/(237.3+25.0)) =31.6 hPa e=f•Es 
=0.50×31.6 =15.8 hPa 
Td=b/(a/lg(e/6.11)-1) 
=237.3/((7.5/lg(15.8/6.11))-1) =13.9 ℃ 
 
6.对门窗幕墙玻璃的结露性能进行计算分析: 室内环境温度 Tin=25.0℃ 室外环境温度 Tout=-10.0℃ 
玻璃内表面换热系数 hbi=8.0W/m2.K 玻璃外表面换热系数 hbe=23.0W/m2.K 
玻璃结露性能评价指标(室内玻璃表面温度) Tpj=22.3℃ 玻璃的传热系数 Ug=1.75W/m2.K Ug•(Tin-Tout)=hbi•(Tin-Tpj) Tpj=Tin-(Tin-Tout)•Ug/hbi =22.3℃ 
因为Td=13.9℃ 小于 室内玻璃表面温度Tpj=22.3℃。 
 
门窗幕墙玻璃幕墙的结露性能满足要求,也就是在此条件下门窗幕墙的玻璃不会结露。 
那我们是不是就能为此而放心了呢?不能;因为门窗幕墙有许多薄弱环节,比如收口封边部位,开启扇部位,金属立柱横梁部位,中空玻璃铝合金隔条部位等,如果这些部位的隔热效果不好,内表面的温度还会低于露点温度,在它的内表面还会结露,这就要求我们设计人员和施工人员注重细节,在计算时,不仅要计算门窗幕墙的平均K值,还要计算薄弱环节部位的K值,保证这些部位的保温效果,涉及其他总包单位和分包单位的问题(如收口封边部位),要在设计时及时沟通,讲清原理,划清责任,遇到此类问题的纠纷时,要科学合理地分析,属于自己的责任要及时解决。 总结以上所诉,对于建筑,我们在作设计时要保证围护结构最低的保温要求,也就是要保证建筑物所在地区的最小传热阻。所谓最小传热阻就是保证围护结构内表面不结露的传热阻。围护结构达不到最小传热阻,就会产生结露。 换一个角度理解,在冬季采暖建筑的室内空气温度一般在18℃~22℃左右,相对湿度在50%左右,室内空气露点温度在10℃~14℃之间。如果超出这个范围,也就是室内空气温度与门窗幕墙的内表面温度差为8℃左右,或者门窗幕墙的内表面温度低于室内空气的露点温度,不仅会结露,而且有时还会结霜。 
 
在我国目前的技术和施工条件下,结露问题不可能处理的非常非常好,如果室内湿度过大(特别是新房,刚装修完的房子,水气特别大),作为使用者,最好的办法是多开窗透风透气,降低室内水蒸气含量,防止结露。


 


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