某賓館游泳館結(jié)露問題的綜合治理

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

簡介： 本文首先提出了影響結(jié)露的幾個因素，然后文章計算了在原設計空調(diào)運行工況下，通過外墻、屋頂、外窗及排風機的散熱量以及在此散熱量下外墻、屋頂、外窗的內(nèi)壁溫度，通過與露點溫度比較得出房間內(nèi)壁會產(chǎn)生結(jié)露。本文從幾個方面提出了綜合治理的措施，計算了外墻、屋頂在不同的富余溫度（即內(nèi)壁溫度與露點溫度的差值）下，所需要的保溫層（包括巖棉與擠塑板）厚度以及相應的散熱量，并繪出了富余溫度與保溫層厚度的關系曲線。對外窗，計算了增加單框雙玻之后的散熱量及外窗內(nèi)壁溫度。此外，本文還提出了屋頂風機變頻控制及加裝散熱器等綜合治理。文章最后，從技術(shù)、經(jīng)濟性、施工難度等幾個方面考慮提出了該室內(nèi)游泳館防結(jié)露的最終措施。
關鍵字：結(jié)露 保溫 富余溫度

0 引言

0.1 結(jié)露現(xiàn)象的原因及危害

室內(nèi)游泳館結(jié)露問題是普遍存在的問題，結(jié)露問題主要發(fā)生在冬季或霉雨季節(jié)，當建筑物室內(nèi)表面（包括屋頂、天棚，內(nèi)墻、其它結(jié)構(gòu)面及地面等）的溫度低于室內(nèi)空氣的露點溫度時，就會在其表面產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)而形成水珠。結(jié)露會引起嚴重的后果。首先，結(jié)露會影響建筑物的美觀。其次，結(jié)露會加速建筑材料的破壞，使裝飾材料發(fā)霉、變質(zhì)，加速金屬物品的銹蝕老化，對建筑物的使用功能影響很大。所以必須要采取措施，避免結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生。

0.2 影響結(jié)露的主要因素

產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象的表面原因是由于內(nèi)壁溫度低于露點溫度，以致墻體內(nèi)壁、窗內(nèi)表面等產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象,而其本質(zhì)影響因素主要有以下幾點：

（1）相對濕度

相對濕度是導致游泳館結(jié)露的一個重要因素，相對濕度高，水蒸氣的分壓力就大，露點溫度就較高，就會使得室內(nèi)溫度與露點溫度之間的溫差較小，這樣如果在相同的空調(diào)熱負荷下，為了防止內(nèi)壁結(jié)露就要增加圍護結(jié)構(gòu)保溫層的厚度，大大提高了施工的造價，所以在設計中一般要求相對濕度要低于75%，而對于本工程來說，由于是改造項目，受原設計的制約，室內(nèi)相對濕度達不到國家規(guī)定的設計要求，但也要控制不大于85%。

（2）通風量

通風量主要是指排風量，理論上說，排風量應該等于向室內(nèi)提供的新風量，即用含濕量較小的室外新風來降低房間內(nèi)的相對濕度。但是，當排風量較大時，要求空調(diào)的負荷也應該較大，如果空調(diào)的負荷不足，勢必會造成室內(nèi)溫度較低；反過來說，當排風量較小時，新風量也就較小，就不能有效的降低室內(nèi)的相對濕度，也會引起房間內(nèi)的結(jié)露。所以說，有效的控制室內(nèi)的排風量可以控制室內(nèi)所需要的熱負荷，進而在防止房間結(jié)露的前提下可以降低日常運行的費用。

(3)熱負荷

由于房間結(jié)露的原因是由于壁面溫度低于露點溫度，所以通過增加空調(diào)負荷以及其使用他形式的加熱方式，并且與降低相對濕度，增大通風量等措施相結(jié)合，可以提高室內(nèi)溫度，進而提高內(nèi)壁溫度，達到防止結(jié)露的目的。

1 工程概況及室內(nèi)參數(shù)

1.1 工程概況

該游泳館總建筑面積384m²，共有3面外墻，外墻為240mm磚墻，外墻總面積364m²；外窗為單框雙玻，總面積48 m²；屋頂為混凝土外加5cm苯板保溫，屋頂總面積為360m²，室內(nèi)游泳池面積為140m²。圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)如表1所示。

外墻

外窗

頂

面積（m²）

364

48

360

傳熱系數(shù)（W/m².℃）

2.01

3.26

0.7174

該游泳館空調(diào)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，新風經(jīng)處理后與回風混合，由空調(diào)機組處理后送入游泳館內(nèi)提供所需的熱量和風量?？照{(diào)系統(tǒng)總送風管尺寸為1000×600mm²，在游泳館內(nèi)距離墻2m處頂部沿墻四周布置有20個1500×150mm²條縫型送風口，回風口與送風口平行布置，風口尺寸1500×150mm²，共15個。空調(diào)系統(tǒng)的總送風量14400m³/h，為有效的降低室內(nèi)的相對濕度，控制新風量，配合此系統(tǒng)在屋頂安裝了一臺排風機，排風機的排風量為2700 m³/h。由于冬季室內(nèi)溫度較低，為提高室內(nèi)溫度，在游泳池內(nèi)加裝162kw加熱器，通過加熱池水，使得水溫高于室內(nèi)溫度，利用這種辦法來提高室內(nèi)溫度。（在后面的分析中可以看出，此種方法會增加墻體結(jié)露）

1.2 冬季原運行空調(diào)計算參數(shù)

該室內(nèi)游泳館原運行工況下，冬季室內(nèi)溫度21℃，室內(nèi)相對濕度90%，室外計算溫度與室外計算相對濕度可以查閱文獻[1]。排風量為2700 m³/h。具體空調(diào)計算參數(shù)如表2所示。

空調(diào)計算參數(shù)

Tn（室內(nèi)溫度）

Tw（室外溫度）

Φn（室內(nèi)相對濕度）

Φw（室外相對濕度）

Gp（排風量)
（m³/h）

數(shù)值

21

-9

90％

60％

2700

根據(jù)表1、表2所給的建筑熱工特性以及空調(diào)計算參數(shù)可以計算出在原運行條件下，通過圍護結(jié)構(gòu)以及排風機由室內(nèi)散失的熱量，其計算結(jié)果見表3。由表3可以看出，雖然屋頂與外墻的面積相差不大，但是由于屋頂加了5cm厚的苯板保溫，使得由屋頂散失的熱量要大大低于由外墻散失的熱量。由表3還可以看出，雖然在冬季只開了一臺屋頂風機，但通過排風機散失的熱量占總散熱量的2/3，所以排風負荷是房間內(nèi)的主要熱負荷。

Qwin（通過窗的散熱量kw）

Qwall（通過墻體的散熱量kw）

Qc（通過屋頂?shù)纳崃縦w）

Qp（通過排風機排出的熱量kw）

Q（總散熱量kw）

4.7

21.9

7.8

62.8

97.2

在表2的室內(nèi)計算參數(shù)下，查焓濕圖可以得出游泳館的露點溫度為19.3℃，此時根據(jù)表3計算所求出的通過屋頂、窗、墻體的傳熱量可以計算得到此時游泳館內(nèi)的各壁面溫度，計算結(jié)果如表4。

項目

Tbc(窗內(nèi)壁溫度)

Tbq（墻體內(nèi)壁溫度）

Tbd（屋頂內(nèi)壁溫度）

Tl（室內(nèi)露點溫度）

溫度（℃）

9.78

14.1

18.5

19.3

由表4可以看出Tbc與Tbq、Tbd溫度都低于露點溫度，所以窗、墻以及屋頂都會結(jié)露，因此必須采取防結(jié)露措施。具體的防止結(jié)露的措施可以采用圍護結(jié)構(gòu)加保溫材料以降低傳熱量，提高內(nèi)壁溫度；增加室內(nèi)供熱量；減小游泳池水的蒸發(fā)量，降低室內(nèi)濕度；增加排風量，以含濕量小的新風降低室內(nèi)相對濕度，具體的措施見以下分析。

2 防結(jié)露綜合措施的技術(shù)方案

2.1 游泳池水溫的控制

由于游泳館水面占的比例很大，而室內(nèi)的濕度是影響游泳館結(jié)露的一個重要因素，所以控制水面溫度進而控制由水面向室內(nèi)的散濕量是室內(nèi)防止壁面結(jié)露的一個必要措施，下面計算在不同溫度下由水面向空氣側(cè)散發(fā)的水蒸汽量。

由蒸發(fā)量公式（公式中各參數(shù)見參考文獻[2]）：

（1）

在冬季工況下，原運行工況下室內(nèi)溫度T_n＝21℃，水溫T_水＝29℃，室內(nèi)相對濕度φ_n＝90%,由公式（1）計算可得水面向室內(nèi)的散濕量ω＝43.6kg/h；而如果通過墻體保溫以及提高室內(nèi)熱負荷等措施將室內(nèi)溫度提高到T_n＝29℃，φ_n＝85% ,同時降低水溫T_水＝27℃，此時計算得到水面向室內(nèi)的散濕量ω＝1.5kg/h，計算結(jié)果見表5。由此可以看出，當水溫較高時，特別是當池水溫度高于室內(nèi)空氣溫度時，水面向空氣側(cè)的散濕量要大大高于水溫較低時的散濕量。散濕量大，必然會導致室內(nèi)的相對濕度偏高，進而使得在相同的室內(nèi)溫度下，室內(nèi)的露點溫度要高。因此，在做墻體保溫時，就需要增加墻體的保溫層厚度，這樣就必然會提高工程造價。所以，在原運行工況中通過加熱游泳池水溫來提高室內(nèi)溫度是不可取的。

參數(shù)

T_n（℃）

φ_n

T_水（℃）

ω（kg/h）

原運行工況

21

90

29

43.6

整改后的工況

29

85

27

1.5

2.2 圍護結(jié)構(gòu)的保溫

為了提高室內(nèi)的溫度，減小室內(nèi)外的傳熱量，提高內(nèi)壁溫度，防止結(jié)露，必須要對墻體、屋頂、窗等進行保溫，根據(jù)實際情況，對于墻體與屋頂挑選了2種保溫材料：巖棉與擠塑板。對于外窗在原有單框雙玻的基礎上，再加一層單框雙玻。

室內(nèi)主要設計參數(shù)及其要求如表6所示

主要參數(shù)

Tn（℃）

Tw（℃）

Φn

Tl（℃）

數(shù)值

29

－9

85%

26.3

2.2.1 墻體

2.2.1.1 擠塑板內(nèi)保溫

為了達到較好的防結(jié)露效果，內(nèi)壁溫度Tb需 要大于露點溫度Tl 1～2℃（此溫度稱為富余溫度），根據(jù)實際情況，計算了富余溫度為0℃、0.5℃、1.0℃、1.5℃、2.0℃五種情況下所需的保溫層厚度，并加以分析，以得出最佳方案。

Tb＝Tl，（Tb為內(nèi)壁面溫度，Tl為露點溫度）此種情況是防止內(nèi)壁結(jié)露的最低要求，在此情況下計算出的保溫層厚度是防止內(nèi)壁結(jié)露的最小要求厚度，如果保溫層厚度低于此值，則內(nèi)壁會結(jié)露。

計算過程如下：

當未保溫時墻體熱阻R＝0.356m²·K/W,保溫之后R′＝ΔT/[αn·(Tn－Tnb)]＝1.62 m²·K/W,所以保溫層厚度δ₀＝λ（R′－R）＝3.6cm。保溫后通過墻體的傳熱量Qw＝（Tn－Tw）F/R’=8.54KW；同理可以求出其余四種情況下所需保溫層厚度與通過墻體的傳熱量[3]，其計算結(jié)果總結(jié)如表7所示。保溫層厚度與富余溫度的變化關系如圖1所示。

富余溫度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保溫層厚度（cm）

3.6

4.7

6.4

9.5

17.1

保溫后傳熱量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

由圖1及表7可以看出，富余溫度越大，需要的保溫層厚度就越厚，而且隨著富余溫度的增加，保溫層厚度增加的曲線就越陡。比如當Tb－Tl＝0.2℃時，保溫層厚度需要4cm，而當Tb－Tl＝1.8℃時，保溫層厚度需要13cm。但是，富余溫度如果取的過小，則當房間內(nèi)氣溫波動時，會很容易結(jié)露。所以，合理的選擇富余溫度，對降低工程造價、保證游泳館內(nèi)不結(jié)露都是非常重要的。

　
　　　圖1 富余溫度與保溫層厚度的變化曲線(擠塑板，墻體） 圖2 富余溫度與保溫層厚度的變化曲線(巖棉，墻體)

2.2.1.2 巖棉外保溫

使用巖棉外保溫在不同富余溫度下保溫層厚度與散熱量見表8，富余溫度與保溫層厚度的曲線關系如圖2所示。由圖1與圖2可以看出，由于巖棉的導熱系數(shù)λ＝0.0355W/(m·K)，要大于擠塑板的導熱系數(shù)，所以在相同的富余溫度下巖棉所需的保溫層厚度要厚一些。比如當Tb－Tl＝0.5℃時，巖棉的保溫層厚度需要5.8cm，而在相同的富余溫度下，擠塑板的厚度為4.7cm；當Tb－Tl＝2℃時，巖棉的保溫層厚度需要20.9cm，而在相同的富余溫度下，擠塑板的厚度為17.1cm。

富余溫度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保溫層厚度（cm）

4.5

5.8

7.9

11.7

20.9

保溫后傳熱量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

2.2.2 屋頂

屋頂?shù)挠嬎惴椒ㄅc墻體計算相似，只是由于原設計屋頂外加了5cm的苯板保溫，所以在未加保溫時，屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)較小，K＝0.7174W/(m²·℃)，因此屋頂需要的保溫層相對于墻體來說要薄些。

為了與墻體保溫相比較，在計算中也采用富余溫度0～2℃分別加以分析。

2.2.2.1 擠塑板內(nèi)保溫

表9為在不同富余溫度下為了防止屋頂內(nèi)壁結(jié)露所需要的保溫層厚度以及在相應的保溫層厚度下的散熱量。富余溫度與保溫層厚度的變化曲線如圖3所示。

富余溫度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保溫層厚度（cm）

0.7

1.7

3.4

6.5

14.1

保溫后傳熱量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

圖3 富余溫度與保溫層厚度的變化曲線（擠塑板，屋頂）　圖4 富余溫度與保溫層厚度的變化曲線（巖棉，屋頂）

2.2.2.2 巖棉外保溫

表10為在不同富余溫度下為了防止屋頂內(nèi)壁結(jié)露所需要的保溫層厚度以及在相應的保溫層厚度下的散熱量。富余溫度與保溫層厚度的變化曲線如圖4所示。

富余溫度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保溫層厚度（cm）

0.8

2.1

4.2

8.0

17.2

保溫后傳熱量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

通過對屋頂在不同富余溫度下需要的擠塑板、巖棉保溫層厚度以及傳熱量的分析可以看出，由于屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)較小，所以在相同的富余溫度下，需要的保溫層厚度要比墻體的薄。又由于墻體與屋頂?shù)拿娣e幾乎相等，所以當室內(nèi)狀態(tài)到達平衡時，通過外墻的散熱量與通過屋頂?shù)纳崃恳不鞠嗟认嗟取?/p>

2.2.3 窗

窗的保溫形式是在原雙層玻璃的基礎上再加一層單框雙玻，這樣窗的傳熱系數(shù)K由3.26W/(m²·℃)降為1.75W/(m²·℃)，傳熱系數(shù)降低，就可以減小通過窗的傳熱量，減小房間熱負荷。通過窗的傳熱量經(jīng)計算得到Qc＝3.2KW。

2.3 總負荷分析及其它相關措施

2.3.1 負荷分析

冬季，游泳館內(nèi)的失熱量主要由四部分組成，即通過外墻傳遞的熱量、通過外窗傳遞的熱量、通過屋頂傳遞的熱量以及由屋頂排風機排出的熱量（內(nèi)墻與內(nèi)窗可以看作是絕熱來處理）。而游泳館的得熱量現(xiàn)存情況下主要是由全空氣空調(diào)系統(tǒng)以及游泳池散熱量取得。

由于排風機排風所散失的熱量為Qp＝GρΔi＝82KW。在不同的富余溫度下，游泳館的總散熱量如表11所示。

富余溫度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

Q（總負荷KW）

102.3

99.1

96.0

92.8

89.6

由以上計算可以看出，游泳館內(nèi)的總負荷主要取決于排風負荷的大?。ㄕ伎傌摵傻?0％以上），因而可以考慮通過控制排風機的頻率控制游泳館內(nèi)的排風量，進而可以控制館內(nèi)的總負荷，以使館內(nèi)溫度達到設計要求。

2.3.2 其它相關措施

在冬季，現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)能夠提供的總熱負荷為Q＝GρΔi＝80.4KW。以Tb－Tl＝1℃為例可以看出此狀態(tài)總散熱量為96KW，空調(diào)能提供的負荷不能滿足設計要求，所以必須在游泳館內(nèi)加采暖裝置。所加采暖負荷經(jīng)綜合考慮經(jīng)濟、技術(shù)、安裝等因素最終確定整改方案中采用散熱器沿墻布置，這樣布置的優(yōu)點是可以使用散熱器首先加熱沿墻體的空氣，這樣就可以提高內(nèi)壁溫度，有效的防止結(jié)露現(xiàn)象。

本設計還考慮采用屋頂風機加變頻措施。由于游泳館內(nèi)的散熱量主要是由于排風負荷引起的，所以排風量的大小決定了房間內(nèi)所需負荷的大小。由于游泳館內(nèi)濕度過大，需要通過補充大量的新風來降低室內(nèi)濕度，所以排風量的選取是非常重要的。游泳館結(jié)露一般發(fā)生在冬季以及霉雨季節(jié)，而在一年中的大部分時間，是不會發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象的，特別是如前文所分析當采用了圍護結(jié)構(gòu)保溫以及加裝采暖措施之后，在大部分時間館內(nèi)是不需要排風機滿負荷運行的，如果對排風機加裝變頻措施，在夏季、春秋季節(jié)以及冬季部分時間采用較小排風量，可以有效降低排風耗電量，同時由于排風量的減小，可以大大減小空調(diào)熱負荷，其節(jié)能潛力巨大。

3 方案選擇

3.1 墻體及屋頂保溫

就兩種保溫方案而言，在達到相同保溫效果的條件下，巖棉外保溫材料造價較低，但其施工費用較高，其綜合造價大致在150～180元/m²（含材料、施工）左右，而且施工時會破壞建筑物的外觀；擠塑板內(nèi)保溫施工周期短，施工難度較小，綜合造價大致在200～220元/m²左右。綜合保溫性能、施工難度、造價、施工周期及面層處理等各方面因素，最終選用“擠塑板內(nèi)保溫”方案。

由前面保溫性能與厚度、室內(nèi)溫度、墻面富余溫度的關系，最終使用6cm擠塑板作為墻與屋頂內(nèi)保溫主材。保溫后墻體與屋頂?shù)母黜梾?shù)如表12所示。由于保溫后的內(nèi)表面為27.2℃，大于此工況下的露點溫度26.3℃，所以墻體與屋頂不會結(jié)露。

富余溫度（℃）

散熱量（KW）

內(nèi)表面溫度（℃）

墻

0.9

5.7

27.2

屋頂

1.4

4.1

27.7

3.2 窗的保溫

采用在原單框雙玻的基礎上，再加一層單框雙玻的方案。此時的傳熱量Qc＝3.2KW。保溫后，窗玻璃的內(nèi)表面溫度經(jīng)計算得Tb＝21.4℃，而此時游泳館內(nèi)的露點溫度為26.3℃，Tb<Tl，所以窗上仍會結(jié)露。由于受到現(xiàn)場情況以及價格的制約，不可能再加玻璃或其他保溫措施，所以窗的結(jié)露問題是不可避免的，但是由于玻璃是不會腐蝕的，因此可以采取利用導管將積水導出的方法來解決窗面結(jié)露的問題。

3.3 加裝采暖裝置

在現(xiàn)有熱源的基礎上，利用高溫水或空調(diào)水系統(tǒng)加裝一套散熱器采暖系統(tǒng)，保溫后需要熱負荷為18KW，散熱器沿墻布置，這樣可以起到加熱墻體的作用。

4 小結(jié)

室內(nèi)游泳館內(nèi)墻結(jié)露是普遍發(fā)生的問題，本文針對某室內(nèi)游泳館結(jié)露現(xiàn)象進行了原因分析，提出了幾種解決方案，通過對幾種方案的計算分析，進行了最終方案的優(yōu)選。同時本文對解決游泳館結(jié)露問題具有通用意義。

參考文獻：

1 陸耀慶主編，實用供熱空調(diào)設計手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1993

2 陸亞俊馬最良等編著，暖通空調(diào)，中國建筑工業(yè)出版社，2002

3 趙榮義范存養(yǎng)等，空氣調(diào)節(jié)（第三版），中國建筑工業(yè)出版社，1994