建筑門窗的防結露設計

孫文遷

【摘要】本文介紹門窗室內側結露是門窗常見的現象，提出抗結露設計就是利用等溫設計原理解決門窗室內結露甚至發生霉變。

【關鍵詞】露點;等溫線;霉變

1. 前言

露點溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變為露珠時候的溫度叫露點溫度，氣溫降到露點以下是水汽凝結的必要條件。

結露就是指物體表面溫度低于附近空氣露點溫度時表面出現冷凝水的現象。結露點是物體表面開始結露形成液滴或冰的臨界溫度點，當物體表面的溫度等于或低于結露點溫度時，其表面就會產生結露，長時間會引起物體表面發霉、變黑、銹蝕。

霉變是一種常見的自然現象，多出現在食物中，食物中含有一定的淀粉和蛋白質，而且或多或少地含有一些水份，而霉菌生長發育需要水的存在和暖和的溫度。在受潮后水分活度值升高，霉菌就會吸收食物中的水分進而分解和食用食物中的養分。

2.門窗結露

門窗結露就是在門窗的室內表面凝聚著露水或水霧。當固體（玻璃、窗扇、窗框）表面溫度較周邊臨近潮濕空氣的露點溫度低時，空氣中的水蒸汽變為液體的水，凝結在冷的固體表面，就會產生結露現象。當結露部位溫度持續達到13℃以上，相對濕度達到80%以上時，就容易發生霉變。

2.1門窗工程發生結露的主要部位

2.1.1框結露

框型材的隔熱性能達不到要求，在型材部位形成冷橋，產生結露（圖1）。對鋁合金隔熱型材來說，型材的隔熱性能與型材隔熱條的寬度和形狀有著直接的關系，如果型材的隔熱條寬度較小，不能滿足當地的冬季保溫性能要求。

圖1

2.1.2玻璃結露

玻璃結露現象（圖2、圖3）大多數情況下是外窗整體保溫性能較差，導致室內溫度降低，在玻璃表面形成結露。還有一種情況是室內濕度較大，這種情況主要是因為現在門窗的密封性能較好，特別是在冬季，不能經常開窗換氣，導致室內濕度較大，特別在廚房和陽臺部位產生水汽較多的位置。

圖2

圖3

2.1.3框與玻璃結合部位結露

玻璃與框結合部位結露（圖4、圖5），一是中空玻璃間隔條為鋁合金，產生冷橋;二是玻璃與槽口鑲嵌部位隔熱措施不到位，形成空氣對流，產生冷橋。圖5所示，玻璃中間部位沒有結露，僅在邊部產生結露。

圖4

圖5

2.1.4框與洞口結合部位結露

門窗框與安裝洞口結合部位產生結露（圖6、圖7、圖8、圖9），一是門窗安裝間隙保溫沒處理好，產生冷橋、結露，甚至發生霉變;二是安裝部位防水沒處理好，產生漏水。

圖7窗框側面安裝部位產生結露、霉變，圖6、圖8和圖9則為凸（飄）窗和陽臺窗安裝部位產生結露、霉變情況，這種情況除了與安裝部位保溫沒處理好外，還與凸窗和陽臺部位建筑主體保溫性能較差有關（圖8）。

圖6

圖7

圖8

圖9

2.1.5霉變

墻體霉變是指在適宜的溫度和濕度下，霉菌利用墻體膚層中的碳源、氮源，寄生于墻體表面，并且大量繁殖，通常呈現出黑毛、綠毛、紅毛、黃毛等形態，見圖6～圖9所示。

我國南方地區，夏季氣溫高，相對濕度大，持續時間長。最熱月平均相對濕度為78%～83%，屬典型的高溫高濕區域，墻體易吸收空氣中水分;北方地區冬季嚴寒漫長，墻體冷橋導致的結霜結露很普遍，墻體受潮、積水后極易發生墻體霉變。

2.2霉變產生的四個主要條件

2.2.1合適的溫度。22℃～35℃被認為是霉菌生長的最佳溫度。大多數建筑（特別是空調類建筑）通常正好處于這個溫度范圍里;

2.2.2水分存在。建筑圍護材料中，由于結露所提供的液態水分比其周圍空氣中所含的水蒸氣對霉菌的生長更起作用 。通常以材料中的相對濕度80%，作為預防霉菌生長的臨界濕含量;

2.2.3足夠的營養。每種建筑材料中都含有不同程度上的營養物質;

2.2.4充足的時間。霉菌生長取決于溫度、相對濕度、材料的含濕量、時間等特性。

當環境溫度在5℃～5O℃，相對濕度在80%以上，數周或數月就能引發霉菌生長。

3. 防結露設計

在冬季，室內溫暖的空氣在接觸門窗表面時，溫度的降低會導致相對濕度的升高，可能導致門窗表面結露及霉變，破壞室內裝修，并影響室內空氣質量和健康。

不管是構成門窗的型材和玻璃，還是門窗的各節點構造，多腔設計是隔熱設計的基本原則。

3.1型材的隔熱設計

型材的隔熱設計應根據門窗的整體隔熱性能設計來確定。型材的隔熱性能與型材的有效隔熱厚度成正比。對于多腔體門窗型材來說，型材的有效隔熱厚度及型材多腔設計是增大型材熱阻的有效手段，熱阻越大，型材阻止熱的傳遞的能力就越強，就能減小在型材部位產生冷橋效應，避免在型材部位結露現象的發生。

3.2玻璃隔熱設計

多腔中空玻璃是玻璃隔熱設計的首選，在此基礎上根據門窗整體節能實際需求選擇Low-E膜或是充惰性氣體。為了獲得更好的隔熱性能，可選擇真空與中空組成的復合玻璃。

為了阻止玻璃的邊部結露現象，應在中空玻璃邊部采用暖邊膠條，避免玻璃邊部冷橋現象發生。

3.3節點構造隔熱設計

門窗節點構造設計是門窗節能設計的重要內容，其隔熱設計同樣遵循多腔設計原則。門窗的節點構造包括固定節點和開啟節點。

對于固定節點構造的隔熱設計主要存在于玻璃鑲嵌槽口邊部，玻璃邊部余隙主要通過對流的方式進行熱量交換，是產生冷橋的主要原因（圖5），隔熱設計時應采取措施對玻璃余隙進行阻隔。為了取得更好的隔熱性能，同樣在固定節點應進行多腔隔熱設計。

開啟腔的隔熱設計應遵循多腔設計及冷腔和熱腔分隔的原則。

3.4安裝節點隔熱設計

門窗框安裝時與墻體之間的密封保溫處理，應使門窗盡量貼近保溫層或被保溫層包住，安裝間隙填充保溫材料，以達到減少冷橋的目的。

門窗安裝位置對于建筑整體節能性能也有較大的影響。建筑保溫墻體形式有外保溫、內保溫及夾心保溫。建筑門窗安裝方式主要有居中、沿墻外側、沿墻內側及沿墻外掛安裝。

3.4.1 外保溫墻體

外保溫墻體外窗洞口熱橋線性附加傳熱系數值見表1，沿墻外側安裝保溫效果最好。

3.4.2 內保溫墻體

內保溫墻體外窗洞口處熱橋線性附加傳熱系數值見表2，沿墻內側安裝保溫效果最好。

3.4.3 夾心保溫墻體

夾心保溫墻體外窗洞口線性附加傳熱系數見表3，沿墻外側安裝窗時 ，窗洞口處熱橋損失較小 ，墻體居中安裝時比沿墻外側安裝時的結果稍大些 。

3.4.4 沿墻外側外掛安裝

沿墻外側外掛安裝主要是超低能耗被動式門窗安裝方式，門窗安裝在墻體外測保溫層上，可以有效控制冷橋，見圖10所示。

3.5等溫線設計

圖12所示，以室內溫度 20℃相對濕度 50%為例，當空氣溫度降低到 12.6 度時，達到霉菌生長的臨界溫度，當溫度降低到 9.3 度時，空氣開始結露。所以我們把 13℃和 10℃作為門窗節能設計時的兩個關鍵性的控制溫度。

門窗節點等溫線見圖 11，霉變臨界溫度見圖12。

門窗節點隔熱設計時，為了考慮防結露及防霉變，應進行傳熱性能熱工模 擬，繪制出等溫線圖。10℃等溫線不應露出門窗室內表面，防止門窗表面結露現象的發生。13℃等溫線不宜露出門窗室內表面，避免霉菌生長。

防結露設計應在門窗的隔熱設計時整體考慮，應綜合考慮組成門窗的型材、玻璃及節點構造的隔熱設計和安裝節點隔熱設計，各部分的綜合隔熱性能構成了門窗整體的隔熱性能，見圖13。

4.門窗的結露計算與評價

4.1室內濕度計算選擇。在結露設計中，一般選擇室內濕度為60%。濕度越高，對整窗材料選擇要求越高。相同型材、相同玻璃配置，在室內溫度為20℃、室外溫度-13℃的氣候環境下，不同濕度對結露設計的影響分別見圖14～圖17及表4～表7。

4.2進行門窗的節能設計時，應根據當地的室內外溫度、項目的室內濕度設計要求等各項參數進行結露計算，計算結果必須全部滿足要求，才可以認定整窗的結露計算與評價滿足要求。

5.保溫隔熱設計誤區

一般情況下，門窗框面積占比為25%左右，玻璃占比為75%左右，認為只要采用傳熱系數小的玻璃即可降低門窗整體的傳熱系數，忽咯了框的傳熱系數及框與玻璃結合部位的線傳熱系數及玻璃與框的等溫線不連貫造成的結露隱患。

門窗框面積占比為25%左右，玻璃占比為75%左右，因此，很多企業的實際設計門窗的節能性能時，采取高配玻璃低配框。為了降低整窗的傳熱系數K值，認為玻璃面積占比較大，只要選用K值較低的玻璃即可快速降低整窗的傳熱系數，忽視了框的傳熱系數對整窗的節能性能的影響，忽視了玻璃與框型材的等溫線不連貫造成的冷橋效應及結露隱患，實際門窗在使用過程中，窗框及玻璃邊部產生冷橋，保溫隔熱性能不好，產生結露。還有很大一部分企業忽視了門窗與洞口安裝間隙的保溫，安裝使用時，導致門窗的結合部位產生熱橋，產生結露。

6.結語

防結露設計是門窗節能設計的內容深化，門窗的防結露設計應進行系統性考慮。門窗的節能設計還應放在建筑整體節能設計里綜合考慮，因此，安裝位置對門窗整體節能性能的發揮有著重要影響。

參考文獻

[1]張淑秘等.建筑外窗對建筑節能的影響分析.《吉林建筑工程學院學報》2008.12，49-52.

（作者單位：山東省建筑科學研究院）

【中圖分類號】TU228

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2019）