隱框玻璃幕墻設計中的結露設計

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

1 隱框玻璃幕墻結露現象

空氣主要由氧、氮、水蒸氣與其他少量氣體組成。空氣內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（℃）關系如圖1 所示。

圖1 飽和水蒸氣壓力及溫度關系

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成液體水，出現結露現象。

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

圖2 室內溫度與相對濕度關系

隱框玻璃幕墻的結構情況不同。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結露情況。在室內空氣較為潮濕，且與低于結露點溫度的玻璃幕墻接觸時，在玻璃幕墻表面出現結露問題。

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

因此，在設計隱框幕墻結構期間，設計人員應結合幕墻結構特征及工程所在區域氣候環境，選擇適宜的幕墻表面材料與結構形式。

2 隱框玻璃幕墻結露點計算

隱框玻璃幕墻及露點計算可依照室內溫度，確定溫度下飽和水蒸氣的壓力值。在室內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，此溫度就是結露溫度[3]。

例如，在室內溫度為21℃，室內濕度為30%的情況下。查找不同溫度下飽和水蒸氣壓力表，發現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℃。因此在室內溫度為21℃、濕度環境為30%的情況下，室內的結露點為3.0℃。

在玻璃幕墻中，室內側表面溫度達到結露點的情況下，幕墻就會發生泄露現象。玻璃幕墻室內表面溫度、室內溫度、濕度、幕墻材料傳熱系數存在密切關聯。在實際計算過程中應首先測量玻璃幕墻室內側表面溫度值，在溫度大于室內結露點溫度的情況下不會產生結露現象；在內側表面溫度小于結露點溫度時，會出現結露問題[4]。

3 導致隱框玻璃幕墻結露現象出現的原因

3.1 結露點取位問題

通常情況下，玻璃幕墻傳熱系數主要是依照玻璃及框面計權平均值計算，玻璃的傳熱系數會明顯小于框傳熱系數。在同等條件下，玻璃室內表面溫度會比框的室內表面溫度更高。中空玻璃的傳熱系數為1.5～1.8，斷橋鋁材的傳染系數為3.0～4.5。經過實際計算，玻璃的傳熱系數為1.6，框的傳熱系數為3.5。室內結露點溫度為3.0℃，高于結露點，不會出現結露情況[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，導致框溫度與玻璃溫度低于結露點，進而出現結露問題。部分工程的記錄情況主要發生在隱框縫隙處，因此在室內結露點設計計算環節，結露點需選取在玻璃幕墻傳熱系數最大位置，不得選取平均值。

3.2 室內濕度取值問題

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，致使室內濕度快速提高，達40%～50%。在溫度相同情況下，室內濕度為40%，結露溫度在7.0℃；在室內濕度達到50%的情況下，結露溫度會達到10.5℃，兩者都高于設計指數，使結露情況更易出現。因此在設置結露點溫度時，設計人員應著重考慮室內環境濕度變化情況，選擇適宜的結露點平均溫度值[6]。

3.3 室外環境問題

北方經常出現極寒及大風天氣。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，導致結露甚至結霜情況出現。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，使結露情況更加嚴重。

3.4 采暖問題

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

4 隱框玻璃幕墻結露設計要點

隱框玻璃幕墻鐵路設計工作應做好室內表面溫度控制工作，提高幕墻結構保溫性能，避免在玻璃幕墻處出現冷橋問題[7]。選擇適宜的門窗結構形式與材料，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，保障窗框結構的穩定性，增強狀況結構，整體隔熱效果。

5 隱框玻璃幕墻結露設計案例分析

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構，屋頂處為鋼結構承重體系，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。不同幕墻結構的施工要求差異較大，本文選取隱框玻璃幕墻結構，分析玻璃幕墻結構結露設計要點。因工程大面積使用了玻璃幕墻，應加強幕墻玻璃設計期間的結露管控力度，避免結露問題較為嚴重，對結構整體的功能性及裝飾效果造成不利影響。

5.2 結露設計參數

幕墻結構體系設計環節還應著重分析建筑工程所處環境特征、室內外溫度、面板材質等要素，最大限度降低結露問題發生概率。

依據定性及定量分析法，濕度屬于物理狀態量，為相對濕度值。氣體中的水蒸氣及空氣濕度存在密切關聯。如氣體內水蒸氣及空氣相同，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，絕對濕度產生波動[8]。

濕度主要就是指空氣內水分含量，氣象角度分析，主要包括水汽壓、相對濕度值、結露點濕度等。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。空氣中的水分，到達一定限度后會停止吸收，該限度值為氣體的飽和點。空氣中的水汽飽和點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[9]。

5.3 結露設計流程

結合工程案例具體要求，對建筑工程玻璃幕墻的產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露點。案例工程中的室內溫度通常在25℃，室外溫度為-10℃。玻璃內表面換氣系數為8.0w，外表面為23.0w。

完善玻璃結構性能評價標準，合理計算出玻璃幕墻的結露溫度值。由于結露溫度小于室內玻璃溫度，判斷玻璃幕墻的防水露效果良好，在正常溫度下的幕墻結構不會出現結露情況。

5.4 雙層玻璃幕墻結露設計

現階段玻璃幕墻結構種類增多，不同幕墻結構的結露設計要求存在一定差異，在具體設計過程中還需要對比分析不同玻璃幕墻傳熱系數，在保障玻璃幕墻結露效果的基礎上，控制幕墻結構建設及運營成本。

（1）U 型玻璃+中空玻璃的雙層幕墻傳熱系數。玻璃幕墻是建筑重要外圍結構，幕墻整體的熱工性能與建筑能耗量存在密切關聯。單層幕墻結構的熱工性較差，在使用期間會浪費更多資源。雙層幕墻結構包括外層幕墻、內層幕墻、熱通道。空氣能夠在熱通道內快速流通。通過在外墻處設置進風口、內墻處設置通風口，使熱通道內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，有效調節室內溫度。冬季可通過關閉封口方式，維持玻璃幕墻內溫度，控制房間內外溫度差，實現良好的保溫目標。

著重計算雙層幕墻結構的傳熱系數，應首先明確玻璃結構及尺寸，如玻璃內外片的厚度為6mm、中空層厚度為12mm。經過計算后，多層玻璃系統內部傳熱系數為3.70w，內部傳熱系數為3.02w。

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

圖3 雙層玻璃幕墻結構

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

在案例玻璃幕墻設計環節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露效果，對空氣滲流的影響作用小。如室內空氣較為潮濕，也可在玻璃幕墻熱通道處采用適宜的除濕方式，盡量減少結露問題出現。

為進一步增強玻璃幕墻結構承載力，在結露設計過程中還應做好幕墻橫梁計算工作。設定計算標高值、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。

6 結語

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