【门窗幕墙网】如今节能中空玻璃已经完全融入我们的日常生活,无论是碧瓦朱檐的居家住宅,还是鳞次栉比的摩天楼宇,或是商厦、学校、机场,快速奔驰的高铁、地铁机车等等,我们几乎每天都能与中空玻璃有亲密的接触。它给我们的生活带来了明亮、舒适和愉悦,让我们的生活变得更加美好。
可是日子久了,问题自然就来了!
我们经常提及,“玻璃起雾了或玻璃结露了”,大家可能都会认为,这很显然是玻璃的问题嘛!但仔细推敲一下,还真不能一概而论,我们还需细究起雾or结露的根源再下定论不迟。
首先,我们都知道,中空玻璃本身固有特性之一就是“密封耐久性”,这个质量特性的好坏直接决定了中空玻璃的“寿命”。我们所看到的某一块玻璃“起雾”了,往往是发生在中空玻璃腔体中间的“起雾”,这种中空玻璃内部的“起雾”现象往往具有偶发性,一般不会大批量系统的发生,否则,有人可要摊上大事儿了,因为这种“起雾”是中空玻璃致命性的缺陷,发生这种现象的同时也就意味着这些玻璃“寿命”差不多到头了,该换新的了。按照最新的国家标准要求,中空玻璃的使用寿命可是要达到15年的~。那么我们就来认识一下,这种缺陷是如何产生的。
如上图为中空玻璃的结构示意图;有玻璃、间隔条和分子筛、主密封胶丁基胶、次密封胶等组成。主密封胶发挥着阻止水汽渗透进中空腔体内的主要作用,分子筛起到吸收进入到腔体内的水汽的作用,知道这些,我们就很容易理解中空玻璃的失效模型了。这其实就是一个密封能力和水汽吸附能力之间相互PK的动态平衡:中空玻璃腔体内理论上是必须完全密封和干燥的,但是实际的产品总会有一些水汽通过边部密封系统浸入,没关系,我们还有分子筛将其消灭。
但是,如果密封不良,侵入的水汽越来越多,造成分子筛不堪重负,最后因“吸饱”而溃败,带来的结果就是中空腔体内湿度陡增,露点上升,露点升高至玻璃腔体内表面温度之后便开始慢慢起雾,这时平衡被彻底打破(如上图所示),从而导致玻璃腔体内部起雾,甚至流水、积水,玻璃失去了通透的外观,也丧失了根本的密封特性,热工性能也受到影响,中空玻璃失效。
对于这么重要的质量特性,中空玻璃的密封耐久性能我们该如何检测呢?根据国家标准要求,玻璃要按批次进行露点测试(如上图所示),以确定中空玻璃腔体的密封干燥程度。标准要求,中空玻璃的结露点要低于零下40摄氏度。也就是说在中空玻璃腔体内表面温度低于零下40度情况下也不会发生腔体内起雾或结霜,这样的中空玻璃才具备合格的密封和吸湿能力。
看来这种“起雾”现象的根源决定于密封质量和分子筛的吸湿能力,所以产生的原因也是多方面的:丁基胶连续性、粘结可靠性、有效粘结宽度、分子筛的罐装量、温升能力,以及玻璃安装等外力破坏因素。当然,对于间隔条本身也发挥着必要的气密性作用,尤其非金属刚性暖边间隔条所复合的高气密性箔膜,能够非常有效的阻止水汽及惰性气体等的渗透,同时其连接件的填充锁紧装置也发挥了很好的密封保证能力。
了解完中空玻璃内部“起雾”,我们再看看另外一种“结露”。往往在寒冷的冬季,门窗玻璃室内面有时也会出现结露现象(根据不同工况条件,夏季也常见室外面凝露),这种结露发生在中空玻璃外表面,往往从边部开始向中部扩散,且常伴有系统性和批量性,这是因为它决定于玻璃的使用环境条件和玻璃本身的保温隔热性能的平衡。随着建筑节能设计标准的日益提升,作为门窗节能保温的关键部位,对玻璃的保温能力需求也在不断提高。玻璃的热阻越大,传热系数越低,阻止热量传递的能力就越强,保温性能越好,降低结露风险的能力就越强。
随着建筑节能设计标准的日益提升,作为门窗节能保温的关键部位,对玻璃的保温能力需求也在不断提高。玻璃的热阻越大,传热系数越低,阻止热量传递的能力就越强,保温性能越好,降低结露风险的能力就越强。
其实这种结露仍然是一种动态平衡:对于既定的玻璃系统,随着一侧环境温度的不断降低,玻璃两侧温差的增大就会导致热量的传递(玻璃的保温性能决定了热量传递的多少和快慢),而随着热量的持续传递,玻璃另一侧表面的温度逐渐降低,当低于环境的露点温度时,表面结露便开始发生。可见这种结露现象是两个温度的平衡,既玻璃表面温度和环境的露点温度的平衡。玻璃表面温度取决于玻璃的保温性能,两侧的温差,表面的气流速度(换热系数)等等,而露点温度则与环境温度和相对湿度密不可分,所以要避免这种表面结露,首先要解决的关键因素是降低玻璃的传热系数,提升玻璃保温能力从而保证高温一侧玻璃表面温度不至于降低过大。这样也是降低能耗的关键途径。当然环境因素也至关重要,适宜的温度和相对湿度既也是我们追求舒适的居住感受必要条件。
那么,我们如何判断玻璃是否会发生“结露”呢?有没有简单的计算方法做一个简单测算?或者软件模拟计算。当然有啦~,最方便莫过于使用这款经过IFT授权验证的而且可以免费下载使用的门窗节能计算软件CALUWIN啦~,关于软件的下载和使用介绍可以点击下面链接:
对于既定的中空玻璃来说,其本身存在外表面结露的必然性(当环境条件改变到某一特定条件时,结露就会发生)。我们可以通过JGJ113(建筑玻璃应用技术规程)来计算不同玻璃配置在何种温度和湿度环境条件下可以发生表面结露现象。也就是可以使用下面的计算公式来简单判断玻璃的保温性能是否满足实际使用的环境条件要求而不发生结露。
Ts=Ti-U/hi(Ti-Te)
Ts玻璃室内侧表面温度,K
Ti室内环境温度,K
Te室外环境温度,K
hi室内玻璃表面对流换热系数,W/(m2.K)
U玻璃的传热系数,W/(m2.K)
而室内的结露点温度Td,可以根据室内的温度及相对湿度条件,按照JGJ113的附录表B.0.1查取或计算。
判定是否结露:当玻璃室内表面温度Ts高于室内结露点温度Td时,不会发生结露;当Ts等于或低于结露点温度Td时就开始发生结露。
对于既定的使用条件,我们可以确定室内外的温度及室内湿度,室内环境的结露点温度Td,从而通过设计不同的玻璃传热系数,来满足该工况条件下不结露的要求。
我们也有时会发现玻璃的室外侧表面产生结露现象,尤其在湿热的夏季,室外温度较高湿度较大,室内空调温度较低,玻璃室外表面的温度降低至结露点温度之下而发生结露。也有时发生在早晨太阳升起时,室外温度上升较快,夜晚的湿气蒸发,湿度较大,外面的结露点温度快速上升,而玻璃表面的温度升高较慢,从而发生外表面结露现象。另外,对于使用中的中空玻璃,其发生任何导致玻璃中部传热系数增大的缺陷,都有引起玻璃外表面发生结露的风险,比如,当中空玻璃的空气层发生内凹吸片时,当中空玻璃发生惰性气体泄漏时,当单层中空玻璃实际倾斜或水平使用时,当low-e膜层发生氧化脱膜等缺陷时,等等,都会引起中空玻璃的实际传热系数增大,从而引发外表面结露的倾向性风险。
我们都知道,中空玻璃的结露往往会从玻璃边部开始,并逐步向中部扩散。传统的中空玻璃使用金属间隔条,形成了热量传递的“热桥”,易导致玻璃边部热量传递较快,表面温度降低较多,该温度低至室内环境的露点温度时便开始结露扩散。因此,改善玻璃表面结露的过程,是一个平衡多种因素的设计过程。使用保温性能更好的玻璃配置更优秀的暖边间隔条及优秀的型材系统,综合、均衡的提升整窗的保温性能,从而预防整窗表面结露的发生,是我们门窗节能设计的目标。
通过以上分析,虽然都是起雾或结露的状态,但发生的位置不同,其产生机理完全不同,我们所采取的预防措施也不一样。所以我们对于起雾或结露现象,首先要明确发生的位置在中空玻璃的哪一个“面”,再确定具体发生的位置和状态,以及当时的环境条件等因素,综合分析其发生原因和应该采取的改善对策。