第三節　紡織建筑隔濕設計

當材料內部存在水蒸氣分壓力差、濕度差和溫度差時，均能引起材料內部所含水分的遷移。材料內所包含的水分，可以以三種形態存在：氣態（水蒸氣）、液態（液態水）和固態（冰）。在材料內部可以遷移的只是兩種相態，一種是以氣態的擴散方式遷移（又稱水蒸氣滲透）；一種是以液態水分的毛細滲透方式遷移。

當材料濕度低于最大吸濕濕度時，材料中的水分尚屬吸附水，這種吸附水分的遷移，是先經蒸發，然后以氣態形式沿水蒸氣分壓力降低的方向或沿熱流方向擴散遷移。當材料濕度高于最大吸濕濕度時，材料內部就會出現自由水，這種液態水將從含濕量高的部位向含濕量低的部位產生毛細遷移。

紡織建筑由于冬季車間溫度高，濕度大，外圍護結構結露現象經常發生。因此，了解圍護結構中的水蒸氣遷移規律，采用正確的保溫隔濕措施，對防止車間結露，保證車間衛生環境很有必要。

一、圍護結構的水蒸氣滲透

當室內外空氣的水蒸氣含量不等時，在外圍護結構的兩側就存在著水蒸氣分壓力差，水蒸氣分子將從壓力較高的一側通過圍護結構向低的一側滲透擴散。若隔濕設計不當，水蒸氣通過圍護結構時，會在材料的孔隙中凝結成水或凍結成冰，造成內部冷凝受潮。

（一）圍護結構的水蒸氣滲透量

建筑設計中為考慮圍護結構的濕狀況，通常采用粗略的分析計算方法，即按穩定條件下單純的水蒸氣滲透過程考慮。在計算中，室內外空氣的水蒸氣分壓力都取為定值，不隨時間而變；不考慮圍護結構內部液態水分的轉移，也不考慮熱濕交換過程之間的相互影響。

穩態下純水蒸氣滲透過程的計算與穩定傳熱的計算方法完全相似。如圖2-3所示，在穩態條件下通過圍護結構的水蒸氣滲透量，與室內外的水蒸氣分壓力差成正比，與滲透過程中受到的水蒸氣滲透阻力成反比，即

式中：ω——水蒸氣滲透強度，g/（m2·h）；

H0——圍護結構的總水蒸氣滲透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pi——室內空氣的水蒸氣分壓力，Pa；

Pe——室外空氣的水蒸氣分壓力，Pa；

Pif——圍護結構內壁面處水蒸氣分壓力，Pa；

Pef——圍護結構外壁面處水蒸氣分壓力，Pa。

圍護結構的總蒸氣滲透阻按下式確定：

式中：dm——任一分層的厚度，m=1，2，3，……，i；

μm——任一分層材料的水蒸氣滲透系數，g/（m·h·Pa），m=1，2，3，……，i。

水蒸氣滲透系數表明材料的透氣能力，與材料的密實程度有關。材料的孔隙率越大，透氣性就越強，如玻璃棉等。材料越密實，透氣性越差，但隔氣性能越好，例如塑料、玻璃和金屬是不透水蒸氣的。應該指出，材料的水蒸氣滲透系數還與材料密度、環境溫度和相對濕度有關。常用材料的導熱系數和水蒸氣滲透系數見表2-10。

表2-10　常用材料的導熱系數和水蒸氣滲透系數

由于圍護結構內外表面的濕轉移阻，與結構材料層的水蒸氣滲透阻本身相比是很微小的，所以在計算總水蒸氣滲透阻時可忽略不計。這樣，圍護結構內外表面的水蒸氣分壓力可近似地取為Pi和Pe。圍護結構內任一層內界面上的水蒸氣分壓力，可按下式計算（與確定內部溫度相似）：

式中：——從室內一側算起，由第1層至第m-1層的水蒸氣滲透阻之和。

（二）圍護結構內部冷凝

紡織建筑圍護結構的內部冷凝危害很大，不但會造成圍護結構保溫失效，內表面結露，還會使圍護結構外表面凝水結冰，破壞圍護結構，是一種看不見的隱患。所以在紡織車間圍護結構設計時，應根據車間內外的水蒸氣分壓力，分析圍護結構的構造是否會產生內部冷凝現象，以便采取措施加以消除，或控制其影響程度。

為判別圍護結構內部是否會出現冷凝現象，可按以下步驟進行。

（1）根據室內外空氣的溫濕度（t和φ），確定水蒸氣分壓力Pi和Pe，然后按式（2-5）計算圍護結構各層的實際水蒸氣分壓力，并作出P分布線。設計中取當地采暖期室外空氣的平均溫度和平均相對濕度作為室外計算參數。

（2）根據室內外空氣溫度ti和te，確定各層的溫度，并作出相應溫度下的飽和水蒸氣分壓力Ps的分布線。

（3）根據P線和Ps線相交與否來判定圍護結構內部是否會出現冷凝現象。如圖2-4（a）所示，Ps線與P線不相交，說明內部不會產生冷凝；若相交，則內部有冷凝，如圖2-4（b）所示。

二、防止和控制冷凝的措施

紡織車間外墻和屋面產生表面冷凝，主要是由于室內空氣濕度過高和壁面的溫度過低造成。現就不同情況分析如下。

（一）防止和控制內表面冷凝

1.正常溫濕度車間（如清花、分級車間）對于這類車間，若設計圍護結構時已滿足了最小傳熱阻的要求，一般情況下不會出現表面冷凝現象。但應注意其他溫度高、濕度大的車間水蒸氣向該處轉移，特別是分級、整理車間，由于發熱量小，車間溫度低，很容易使高溫車間的水蒸氣轉移到此處，使車間內相對濕度增大，形成外墻內表面結露。使用中除了應做好車間的封閉，避免相鄰車間的水蒸氣向此處轉移外，還應加強此類車間的外墻保溫、合理布置暖氣，并應盡可能使外墻和屋頂圍護結構內表面附近的氣流暢通，利用氣流的擾動作用減少凝結現象。

2.高溫高濕度車間（如絡筒、布機車間）對于這類車間，冬季室內相對濕度一般高于65%（車間溫度在20℃以上），對于此類建筑，應盡量加大外圍和結構的保溫和隔氣設計，防止車間內表面產生冷凝和滴水現象，同時預防潮濕空氣對結構材料的銹蝕和腐蝕。有些高濕房間，室內相對濕度已接近飽和（如漿紗、蒸紗間等），即使再加大圍護結構的熱阻，也不能防止圍護結構表面冷凝。這時一方面應提高圍護結構內表面溫度（如不設吊頂等），或加強屋頂或外墻內表面附近的通風措施，使凝水不易形成；另一方面應力求避免在表面形成水滴掉落，影響房間使用質量。為避免凝水形成水滴，圍護結構內表面可采用吸濕能力強且本身又耐潮濕的飾面層或涂層。目前市場上已有一種名為SWA的高吸水性樹脂，其吸濕能力可達600g/m2（1mm厚涂層）。在凝結期，水分被飾面層所吸收，待房間比較干燥時，水分自行從飾面層中蒸發出去，可減少滴水現象。

為防止表面凝水滲入圍護結構的深部，使結構受潮。處理時應根據房間使用性質采取不同的措施，避免圍護結構內部受潮。高濕房間的圍護結構的內表面應設防水隔氣層，使水蒸氣難以進入保溫材料中。對于天窗的凝水，應在天窗下設計導水槽，使凝水不至于滴到車間機器上面。

（二）防止和控制內部冷凝

由于圍護結構內部的濕轉移和冷凝過程比較復雜，目前在理論研究方面雖有一定進展，但尚不能滿足解決實際問題的需要，所以在設計中主要是根據實踐中的經驗和教訓，采取一定的構造措施來改善圍護結構內部的濕度狀況。

1.合理布置材料層的相對位置　在同一氣象條件下，使用相同的材料，由于材料層次布置的不同，將會出現兩種結果。一種構造方案可能不會出現內部冷凝，另一種方案則可能出現。如圖2-5所示，圖中（a）方案是將導熱系數小、蒸氣滲透系數大的保溫層布置在水蒸氣流入的一側（內保溫），導熱系大而蒸氣滲透系數小的密實材料層布置在水蒸氣流出的一側。由于第一層材料熱阻大，溫度降落多，對應的飽和水蒸氣分壓力Ps曲線相應地降落也快，但該層透氣性大，實際水蒸氣分壓力P降落平緩；在第二層材料中的情況正相反。這樣Ps曲線與P線很易相交，在P＞Ps的部位出現冷凝，也就是水蒸氣“易進難出”，這時容易出現內部冷凝。圖中（b）方案是把保溫層布置在外側（外保溫），材料層次的布置方面做到在水蒸氣滲透的通路上“難進易出”，就不會出現上述內部水汽凝結情況。

2.設置隔氣層　在具體的工程設計中，材料層的布置往往不能完全符合上面所說的“難進易出”的要求。為了消除或減弱圍護結構內部的冷凝現象，可在保溫層蒸氣流入的一側設置隔氣層（如瀝青或隔氣涂料等）。這樣可使水蒸氣氣流抵達低溫表面之前，水蒸氣分壓力已得到急劇下降，從而避免內部冷凝的產生，如圖2-6所示。采用隔氣層防止或控制內部冷凝是目前紡織建筑熱工設計中應用最普遍的一種措施。為達到良好效果，設計中應注意如下幾點。

（1）保證圍護結構內部正常濕狀況所必需的蒸氣滲透阻。一般的采暖房屋，在圍護結構內部出現少量的冷凝水是允許的，這些冷凝水在暖季會從結構內部蒸發出去，但為保證結構的耐久性，供暖期間圍護結構中的保溫材料，因內部冷凝受潮而增加的濕度，不應超過一定的標準，表2-11列出部分保溫材料重量濕度允許增量。

表2-11　采暖期間保溫材料重量濕度的允許增量

根據采暖期間保溫層內濕度的允許增量，可得出冷凝計算界面內側所需的蒸氣滲透阻為：

式中：Hi, min——冷凝計算界面內側所需的蒸氣滲透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pc——室外空氣水蒸氣分壓力，Pa，根據當地供暖期室外平均溫度和平均相對濕度確定；

Pi——室內空氣水蒸氣分壓力，Pa，根據室內計算溫度和相對濕度確定；

Ps, C——冷凝計算界面處的界面溫度對應的飽和水蒸氣分壓力，Pa；

Ho, e——冷凝計算界面至圍護結構外表面之間的水蒸氣滲透阻，（m2·h·Pa）/g；

Zh——供暖期天數，d；

Δω——采暖期間保溫材料重量濕度的允許增量，%，按表2-11取值；

ρi——保溫材料的干密度，kg/m3；

di——保溫材料層厚度，m；

10——單位折算系數（因為Δω是以百分數表示，ρi是以kg/m3表示的）。

若內側部分實有的蒸氣滲透阻小于式（2-6）確定的最小值時，應設置隔氣層或提高已有隔氣層的隔氣能力。某些常用隔氣材料的蒸氣滲透阻列于表2-12。

表2-12　常用隔氣材料的蒸氣滲透阻

對于有吊頂的輕鋼門式結構紡織廠房坡屋頂，在吊頂內不設通風口時，應加強屋頂的保溫和隔氣措施，同時采用隔氣、吸濕能力較強的吊頂材料，以阻擋室內高溫高濕的氣體進入吊頂，在吊頂內降溫，并在頂棚下凝結。此時其屋面部分的水蒸氣滲透阻應符合下式要求：

式中：Ho, i——屋面部分的水蒸氣滲透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pi、Pe——分別為室內和室外空氣水蒸氣分壓力，Pa。

（2）隔氣層應布置在水蒸氣流入的一側。對于紡織車間，由于車間內高濕度要求，除夏季高溫高濕極少天數會出現車間內水蒸氣分壓力低于室外水蒸氣分壓力外，常年情況是水蒸氣由車間向室外傳遞。所以隔氣層應布置在保溫層內側，即應設在常年高濕一側。一般屋頂隔氣層設在承重層以上、保溫層以下。外墻隔氣層設在保溫層的內側，例如主風道外墻采用內保溫時，應在主風道內側保溫層表面設置隔氣層；采用外保溫時，為施工方便，也在主風道內的承重墻上設置隔氣層。設置隔氣層后，應注意使保溫層中的水蒸氣能夠散出。施工時應盡可能保證保溫層干燥，必要時應在保溫層內設置放氣孔或泄氣溝道等，及時排除保溫層中的水蒸氣。否則在使用中，由于保溫層中有水分產生冷凝，冷凝水不易蒸發出去，保溫層將失去保溫效果。多數紡織車間屋頂結露均由此原因產生，不可忽視。