引言
我國(guó)的建筑能耗約占全國(guó)能源消耗總量30%, 目前我國(guó)建筑單位面積能耗仍是氣候相近的發(fā)達(dá)國(guó)家的2 ～ 3倍左右。北方寒冷地區(qū)建筑采暖能耗已占當(dāng)?shù)啬芎目偭?0%以上, 而與此同時(shí)卻是全國(guó)由南及北空調(diào)逐步熱起來(lái)的浪潮。對(duì)于整幢建筑來(lái)說(shuō), 門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）的面積占建筑面積的比例超過(guò)20%,玻璃在其中約占70%以上, 而從節(jié)能角度來(lái)講, 整個(gè)建筑的能耗中, 通過(guò)門窗散熱能耗約占50%, 比例很高, 特別是村鎮(zhèn)建筑中門窗的傳熱與氣密性是整個(gè)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)。因而, 降低建筑門窗的能耗, 提高建筑門窗保溫隔熱性、氣密性是我們面臨的緊迫任務(wù)。隨著建筑節(jié)能工作的深入, 大量不節(jié)能的村鎮(zhèn)建筑外門窗也將采用中空玻璃, 市場(chǎng)潛力巨大, 這其中, 中空玻璃使用量的日益增加, 提高中空玻璃的保溫性、耐久性, 避免其功能失效對(duì)建筑節(jié)能行業(yè)意義重大。
據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)使用兩年后的中空玻璃進(jìn)行調(diào)查, 中空玻璃的失效率為3% ～ 5%, 造成失效的原因一是中空玻璃空氣層內(nèi)露點(diǎn)上升, 內(nèi)部結(jié)露(見圖2), 占63%;二是中空玻璃炸裂, 占26%, 這兩種原因構(gòu)成了總失效的89%, 其余的只占11%。從圖1中可以看出, 中空玻璃空氣層內(nèi)部結(jié)露問(wèn)題突出, 不僅影響其透濕度, 并降低中空玻璃的隔熱效果, 必須引起高度重視, 分析原因, 采取一定的控制措施。
1 中空玻璃內(nèi)部結(jié)露原因分析
結(jié)露的定義是表面溫度低于附近空氣露點(diǎn)溫度時(shí), 結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)冷凝水（詞條“冷凝水”由行業(yè)大百科提供）的現(xiàn)象。結(jié)露的關(guān)鍵是濕空氣露點(diǎn)溫度, 中空玻璃的露點(diǎn)是指密封于空氣層中的空氣濕度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度, 當(dāng)面層溫度低于該溫度時(shí), 空氣層中的水汽便會(huì)在玻璃內(nèi)表面結(jié)露或結(jié)霜(玻璃內(nèi)表面溫度高于0℃時(shí)為結(jié)露, 低于0℃時(shí)為結(jié)霜)。露點(diǎn)與空氣中的含濕量和相對(duì)濕度（詞條“相對(duì)濕度”由行業(yè)大百科提供）有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系, 含濕量越高, 露點(diǎn)的溫度也越高。見表1。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11944-2002《中空玻璃》規(guī)定中空玻璃的露點(diǎn)為-40℃, 按照此規(guī)定, 建筑用塑鋼中空玻璃窗在日常使用中應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)層結(jié)露或結(jié)霜問(wèn)題, 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可歸結(jié)為內(nèi)層空氣層露點(diǎn)上升。而中空玻璃空氣層露點(diǎn)上升的原因主要是由于外界的水分進(jìn)入空氣層而又不被干燥劑吸收所造成的。具體來(lái)說(shuō), 有以下三種原因可導(dǎo)致中空玻璃露點(diǎn)上升。
1.1 密封膠擠壓不實(shí)或含有機(jī)械雜質(zhì)
中空玻璃與鋁管間隔體之間用兩道彈性密封膠粘結(jié), 第一道采用丁基橡膠密封, 第二道采用結(jié)構(gòu)硅酮膠密封。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中, 如果密封膠中存在機(jī)械雜質(zhì)或涂膠過(guò)程中擠壓不實(shí), 致使膠體內(nèi)部存在毛細(xì)管, 并在間隔層內(nèi)外壓差或濕度差的作用下, 空氣中的水分進(jìn)入空氣層, 使中空玻璃間隔層中含水量增加。
1.2 水汽通過(guò)密封膠進(jìn)入間隔空氣層
密封膠一般為均勻高分子聚合物（詞條“聚合物”由行業(yè)大百科提供）, 而聚合物又不是絕對(duì)不透氣的, 其兩側(cè)由于逸度差(壓差或濃度差)的存在, 成了聚合物做等溫?cái)U(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于中空玻璃的密封膠而言, 主要擴(kuò)散物就是空氣中的水分, 水分的擴(kuò)散遵循以下關(guān)系式
J=P/L·Δp (1)
式中，J——擴(kuò)散速率, 指單位時(shí)間單位面積上氣體通過(guò)一定厚度的聚合物的擴(kuò)散量;
L——聚合物厚度;
P——?dú)怏w滲透系數(shù), 是材料固有的一種物理性質(zhì);
Δp——聚合物兩側(cè)的氣體分壓差。
從式(1)可知, 影響水蒸氣擴(kuò)散的因素主要是聚合物的氣體滲透系數(shù)(氣密性);膠層厚度和空氣內(nèi)外的水汽分壓差。水份擴(kuò)散是中空玻璃失效的最主要原因。
1.3 干燥劑的有效吸附能力低
對(duì)干燥劑的要求是不但要吸附掉中空玻璃密封單元在組裝過(guò)程中密封于空氣中的水分, 使得中空玻璃有合格的初始露點(diǎn), 還要不斷地吸附通過(guò)膠層擴(kuò)散到空氣層中的水分, 繼續(xù)保持符合使用要求的露點(diǎn)。如果干燥劑的吸附能力差, 不能有效地吸附通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入空氣層中的水份, 就會(huì)導(dǎo)致水份在空氣中聚集, 水分壓提高, 中空玻璃的露點(diǎn)上升。
2 避免內(nèi)層結(jié)露的措施
要想延長(zhǎng)中空玻璃的使用壽命, 必須嚴(yán)格控制中空玻璃露點(diǎn)上升, 需從各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制。
2.1 嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境的濕度
生產(chǎn)環(huán)境的濕度主要是影響干燥劑的有效吸附能力的剩余吸附能力。剩余吸附能力是指中空玻璃密封后, 干燥劑吸收空氣層的水份, 使之初始露點(diǎn)達(dá)到要求, 干燥劑還具有吸附能力, 這部分吸附能力稱之為剩余吸附能力或剩余吸附量。剩余吸附量的作用是不斷地吸附從周邊擴(kuò)散到空氣層中的水份。剩余吸附量的大小決定著對(duì)中空玻璃在使用過(guò)程中, 通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入空氣層的水份吸附量的大小, 也就決定著水份在空氣層中聚集速度的快慢, 從而決定著中空玻璃有效使用時(shí)間的長(zhǎng)短。那么, 中空玻璃生產(chǎn)車間相對(duì)濕度控制到多少比較合適呢? 根據(jù)上述觀點(diǎn)和國(guó)外生產(chǎn)試驗(yàn)得出的初步數(shù)據(jù)來(lái)分析, 采用濕度平衡法比較科學(xué)合理。首先要確定用足夠干燥劑來(lái)除去生產(chǎn)中進(jìn)入中空玻璃空氣隔熱層內(nèi)的水分, 以及在中空玻璃使用壽命期內(nèi), 進(jìn)入中空玻璃隔熱層內(nèi)的水分。根據(jù)分析和國(guó)外相關(guān)資料表明, 相對(duì)濕度在50% ～ 55%(20 ±1℃)為宜。
2.2 減少水分通過(guò)密封膠的擴(kuò)散
選擇低滲透系數(shù)的密封膠。由式(1)可知, 水分通過(guò)密封膠的擴(kuò)散量與氣體滲透系數(shù)成正比, 因此, 選擇氣體滲透系數(shù)低的中空玻璃密封膠是減少氣體擴(kuò)散速度的有效措施之一。中空玻璃生產(chǎn)常用的密封膠有:丁基橡膠（詞條“橡膠”由行業(yè)大百科提供）、聚硫橡膠和硅橡膠等。它們的氣體滲透系數(shù)為:丁基橡膠1 ～ 1.5 g/m2·d·cm,聚硫橡膠7～8 g/m2·d·cm, 硅橡膠10～15 g/m2·d·cm。可見丁基橡膠的氣體滲透系數(shù)最小, 所以雙道密封玻璃由于使用了丁基橡膠, 其有效使用期要好于單道密封的中空玻璃。單道密封的中空玻璃的密封膠要采用聚硫膠而不宜采用硅橡膠。
合理確定膠層厚度。從式(1)中可知, 氣體通過(guò)聚合物擴(kuò)散的量與膠層厚度成反比。膠層越厚其擴(kuò)散量越小, 所以GB11944-2002 中規(guī)定:使用雙道密封膠時(shí), 膠層厚度為5～7mm, 使用單層密封膠時(shí), 膠層厚度為8±2mm, 保證膠層厚度也是減少水汽擴(kuò)散的重要一環(huán)。
減少中空玻璃膠層的內(nèi)外濕度差。從式(1)中可知, 減小中空玻璃內(nèi)外的水汽分壓差可以減少水汽通過(guò)膠層的擴(kuò)散量, 作為中空玻璃其空氣層的濕度(水汽分壓)越低越好, 要減少Δp, 只有減小外部環(huán)境的濕度(或水汽分壓), 這可以采用在安裝框架上開排水孔, 使沿玻璃表面流到框架內(nèi)部的積水能迅速排出, 從而保持玻璃周邊干燥, 以延長(zhǎng)中空玻璃的有效使用時(shí)間。
2.3 減少干燥劑與大氣接觸時(shí)間
縮短生產(chǎn)工藝時(shí)間, 盡量減少干燥劑與大氣接觸時(shí)間, 提高干燥劑的剩余吸附能力。
2.4 合理控制間隔的導(dǎo)氣縫隙
干燥劑一般都是在密封的情況下灌注到間隔框中的, 吸附大氣中的水是通過(guò)導(dǎo)氣縫隙進(jìn)行的, 導(dǎo)氣縫隙越大, 干爆劑的吸水速率越快, 有效吸附能力的損失也就越多, 因此要求中空玻璃間隔框的導(dǎo)氣縫隙盡量小些, 但要確保中空玻璃符合標(biāo)準(zhǔn)要求的初始露點(diǎn)。
2.5 選擇適當(dāng)吸附速率的干燥劑
適當(dāng)選擇干燥劑的吸附速率, 合理的包裝運(yùn)輸,較小玻璃的破損等都是一些很有效的措施。另外, 需要著重指出的是, 目前市場(chǎng)上存在以雙層玻璃頂替中空玻璃的現(xiàn)象, 甲方使用時(shí)發(fā)現(xiàn)有內(nèi)層結(jié)露失效現(xiàn)象, 雙層玻璃內(nèi)層結(jié)露的原因與上述中空玻璃內(nèi)層結(jié)露原因不同。雙層玻璃一般采用雙面貼或其它方法, 將兩片預(yù)先劃裁好的玻璃間隔一定距離, 然后進(jìn)行粘結(jié)固定, 后進(jìn)行二道膠密封, 構(gòu)成雙層玻璃窗。這種窗內(nèi)層結(jié)露的原因是由于雙層玻璃內(nèi)層沒有干燥劑吸附水分, 致使密封于玻璃內(nèi)層的空氣相對(duì)濕度與生產(chǎn)車間的相對(duì)濕度相同, 濕度較高, 露點(diǎn)較高, 極易結(jié)露。若雙層玻璃密封嚴(yán)實(shí), 則雙層玻璃內(nèi)層空氣的露點(diǎn)溫度與生產(chǎn)車間的溫濕度一一對(duì)應(yīng)(見表2)。
由表2可以看出, 同一相對(duì)濕度下, 雙層玻璃內(nèi)層空氣露點(diǎn)溫度隨著使用環(huán)境溫度的升高而升高;同一溫度下, 雙層玻璃內(nèi)層空氣露點(diǎn)溫度隨著生產(chǎn)車間相對(duì)濕度的增大而升高, 且生產(chǎn)車間相對(duì)濕度的變化對(duì)內(nèi)層空氣露點(diǎn)影響很大。因此, 即使生產(chǎn)雙層玻璃也應(yīng)該嚴(yán)格控制生產(chǎn)車間的溫濕度。若雙層玻璃露點(diǎn)溫度若雙層玻璃生產(chǎn)車間溫度為25℃, 相對(duì)濕度60%, 則玻璃內(nèi)層空氣的露點(diǎn)溫度16.7℃, 此類窗戶使用過(guò)程中, 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí), 夾層空氣被密封且沒有干燥劑吸附水分, 也就是說(shuō), 當(dāng)環(huán)境溫度低于16.7℃時(shí), 雙層玻璃內(nèi)層玻璃上就會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。而16.7℃這一溫度在我國(guó)北方地區(qū)春、秋季節(jié)都比較常見, 更不用說(shuō)冬季,因此此類窗戶若在我國(guó)北方地區(qū)使用, 將會(huì)大面積出現(xiàn)內(nèi)層結(jié)露現(xiàn)象。鑒于上述原因, 國(guó)家建設(shè)部早在2001年就禁止非中空玻璃單框雙玻門窗(659號(hào)公告)用于民用建筑工程。
3 結(jié)論
建筑物門窗、外墻、屋面、地面等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中, 門窗的保溫性能最差, 通過(guò)門窗的耗熱最多,是建筑節(jié)能的最薄弱環(huán)節(jié), 所以, 改善門窗的絕熱性能是抓好建筑節(jié)能的重點(diǎn)。而中空玻璃作為公共建筑50%節(jié)能、居住建筑65%節(jié)能的主推產(chǎn)品, 提高其質(zhì)量更是當(dāng)今建筑節(jié)能技術(shù)的重中之重。因此,通過(guò)選料、加工制造、工藝環(huán)境等各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制, 能夠防止中空玻璃結(jié)露失效, 延長(zhǎng)其使用時(shí)間,減少維修費(fèi)用, 這不僅能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益, 同時(shí)可以獲得更好的社會(huì)效益。
