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热桥效应
热桥效应
所谓热桥效应即热传导的物理效应,由于楼层和墙角处有混凝土圈梁和构造柱,而混凝土材料比起砌墙材料有较好的热传导性(混凝土材料的导热性是普通砖块导热性的2至4倍),同时由于室内通风不畅,秋末冬初室内外温差较大,冷热空气频繁接触,墙体保温层导热不均匀,产生热桥效应,造成房屋内墙结露、发霉甚至滴水。
总之,热桥效应是由于没有处理好热传导(保温)而引起的。
热桥效应在砖混结构的建筑中出现较多,而且由于温度、湿度、热量等多方面因素的影响,会出现“同一座楼,有的住户家发霉严重,有的住户家里却没事”。
由于造成热桥效应的因素很多,解决起来较为复杂。
将长霉的部位墙面清除后,沿楼面与墙面交接处,内墙外墙交接处墙面向外加宽,达到提高墙体保温、保湿的目的,减小热传递,能有效解决热桥效应,这种方法的弊端是造价太高。
另外,将内墙贴上瓷砖,定期擦试,虽不能彻底解决热桥效应,但却能缓解发霉现象。
热桥与冷桥
热桥以往又称冷桥,现统一定名为热桥。
建筑围护结构中的一些部位,在室内外温差的作用下,形成热流相对密集、内表面温度较低的区域。
这些部位成为传热较多的桥梁,故称为热桥(thermalbridges),有时又可称为冷桥(coldbridges)。
冷桥作为一种现象存在,是民间的一种习惯称谓,南方叫热桥,北方称冷桥。
原因是出现这种现象的部位总能感觉到冷气的存在,温度较低,但是叫法并不科学。
热是一种能量,而冷不是,热能量的传导是需要一个渠道、桥梁的,而那些热阻低,热传导系数大的部位则提供了热传导桥梁,故这些部位就叫做“热桥”,在我国《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)上的专用术语就是“热桥”。
冷桥是现象,热桥是空间部位,出现冷桥现象部位,一定是由热桥造成的,但有热桥存在却不一定出现冷桥现象。
原因
热桥往往是由于该部位的传热系数比相邻部位大得多、保温性能差得多所致,在围护结构中这是一种十分常见的现象。
如砌在砖墙或加气混凝土墙内的金属,混凝土或钢筋混凝土的梁、柱、板和肋,预制保温中的肋条,夹心保温墙中为拉结内外两片墙体设置的金属联结件,外保温墙体中为固定保温板加设的金属锚固件,内保温层中设置的龙骨,挑出的阳台板与主体结构的连接部位,保温门窗中的门窗框特别是金属门窗框等等。
寒冷季节外墙角部散热面积比吸热面积为大,墙角内空气流动速度较慢,接受室内热量比邻近的平直部位为少,也是热流密集、内表面温度较低的热桥部位。
热桥可以通过热工计算、模拟测试或者实测得出定量的结果。
现在已有一些计算机模拟软件,可以显现出在不同条件下热桥部位的温度与热流状况。
由于热桥部位内表面温度较低,寒冬期间,该处温度低于露点温度时,水蒸气就会凝结在其表面上,形成结露。
此后,空气中的灰尘容易沾上,逐渐变黑,从而长菌发霉。
热桥严重的部位,在寒冬时甚至会淌水,对生活和健康影响很大。
处理方法
加强保温是处理热桥的有效办法。
采用外墙内保温可以提高外墙内表面温度,但外墙与隔墙、外墙与楼板等连接处的热桥比较明显。
内保温越好,经由热桥散失热量所占的比例就越大。
采用外保温则由于保温层覆盖住整个外墙面,有利于避免热桥的产生,但对于门窗口四周侧壁也应注意妥善保温,避免此处热量过多散失。
至于铝窗框的热桥问题,可以通过在窗框内设置断热条的方法解决。
“冷桥”
冷桥作为一种现象存在,是民间的一种习惯称谓,南方叫热桥,北方称冷桥。
原因是出现这种现象的部位总能感觉到冷气的存在,温度较低,但是叫法并不科学。
“热桥”
热是一种能量,而冷不是,热能量的传导是需要一个渠道、桥梁的,而那些热阻低,
热传导系数大的部位则提供了热传导桥梁,故这些部位就叫做“热桥”,在我国《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)上的专用术语就是“热桥”。
冷桥是现象,热桥是空间部位,出现冷桥现象部位,一定是由热桥造成的,但有热桥存在却不一定出现冷桥现象
建筑墙体结露的基本原理(原创)
建筑墙体结露发霉原理2009-12-2209:
32:
59阅读254评论1字号:
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1.引文
日常生活中的结露机理并不复杂,就是物体表面温度低于室内空气水分达到饱和蒸汽压的温度,导致水气在物体表面凝结出来,如夏天冰镇啤酒瓶表面形成的露水,主要影响因素是温度和湿度。
建筑结露,不但墙体表面会结露,墙体内部也结露(因为墙体材料透水气),若仅仅是墙体表面结露,随室内外温度的提高,很快会蒸发掉,真正的墙体结露,主要都是由墙体内部结露引起的;虽然道理都一样,但涉及的因素要复杂得多。
影响墙体结露的因素,从外因来说,包括室内外温度、湿度;从内因来说,包括墙体透气性能、导热性能,需根据当地的温度、湿度、各相关墙体材料的透气性能、导热性能,来计算墙体内部气体的温度、湿度,如果墙内某一点的水气蒸汽压超过相应温度的水气饱和蒸汽压,就会形成墙体结露。
多数技术文献认为墙体结露是由热桥造成的,采取的措施也主要是加大热桥部位的保温,根据BEED软件的结露计算发现,热桥只是把墙体结露问题更严重、更突出地暴显出来,并不是造成墙体结露的本质原因,因为有些时候,即使没有热桥,墙体也会结露。
2.常见墙体结构的结露计算结果
根据BEED软件所作的墙体结露计算,发现:
算例1.纯钢筋混凝土结构墙体,内外表面既不抹灰也不加保温,只要室内温度能达到标准,无论多厚,都不会结露。
(常年潮湿的公共浴室,另当别论)
算例2.钢筋混凝土结构墙体,室外一侧完全袒露,既不抹灰也不加保温,室内加抹灰、砂浆或者保温层,这种墙体在徐州以北的北方供暖地区一般都会结露;这种墙体若在上海等夏热冬冷地区,如果内部抹灰层厚度比较薄,就不会结露,但如果内部抹灰层较厚或者有内部保温层,就会结露;这种墙体若在福州等夏热冬暖地区,如果内墙仅仅是抹灰,一般不会结露,但如果内墙有保温而且达到一定厚度,墙体也会结露。
算例3.钢筋混凝土结构墙体,室内一侧完全袒露,既不抹灰也不加保温,外侧抹灰、砂浆或者保温层,这种墙体即使在东北,只要室温能达到国家标准,一般都不会结露。
算例4.钢筋混凝土结构内外两面都有抹灰、水泥砂浆或者加装保温材料,这种结构墙体最常见,一般室外一侧表面保温层的热阻越大,透气性越好,越不容易形成结露;而室内一侧表层材料的热阻越大,透气性越好,反而越容易形成墙体结露。
内外层综合作用,具体是否结露,需要通过结露计算才能确定。
在做房屋装修时,如果自行加大内墙保温,反而容易导致墙体结露。
算例5.钢筋混凝土结构外镶嵌石材,中间有一层聚苯板隔热层,这种两侧致密,中间疏松的夹心结构墙体,若在北方地区也容易结露。
外边的石材越厚,越容易结露,内部钢筋混凝土和聚苯板越厚,越有利于减轻结露,内外层综合作用,具体是否结露,需要通过结露计算才能确定。
3.墙体结露规律分析
根据BEED软件的结露计算发现,墙体材料透气性能是影响建筑结露的最重要因素,其次是温度和湿度,总结上述算例,发现以下墙体结露规律:
(1).内外结构密度一致的墙体,无论是否能达到保温要求,只要室内温度能达到标准,这种墙体在一般情况下都不会结露。
(2).如果沿墙体热量传递方向(从内墙到外墙),墙体各层材料的透气性依次越来越好,水气能顺畅地透散出去,只要室内温度能达到标准,无论墙体是否保温,也无论墙体内部是否有热桥,这种墙体在一般情况下都不会结露。
(3).如果沿墙体热量传递方向(从内墙到外墙),只要某处有一层材料由疏松变致密,导致墙体透气性能降低,阻碍气体渗透,这种墙体就有可能会发生结露,如果该处的外保温性能再比较差,就容易导致墙体结露。
所谓热桥结露,就属于这种情况,因为热桥材料都比较致密,而热桥靠室内一侧有一层疏松的抹灰或砂浆层,室内水气能透过此疏松材料层,遇到墙内比较冷的热桥就会结露。
(4)墙体若存在结露结构,室内外温差越大,室内越潮湿,越容易形成墙体结露。
越是北方高寒地区,越容易发生墙体结露。
但南方地区潮湿,若沿墙体热量传递方向,材料透气性骤然变小,且保温不好,也会形成墙体结露,进而发霉、长毛。
4.墙体结露机理分析
如果墙体高温一侧材料比较致密,墙体低温一侧材料比较疏松(如外墙保温),透气性、保温性能都比较好,疏松材料层内侧墙体与室温之间的温度梯度较小,这时,即使墙体内部有热桥,一般也不容易发生结露。
如果墙体高温一侧材料比较疏松,低温一侧材料比较致密(如钢筋混凝土),透气性差,对水气来说,沿致密材料内表面至高温一侧的这一层疏松材料,就相当于是通透的,从致密材料表面到室内之间的温差也比较大,室内水气透过疏松的内保温材料,遇到温度比较低的致密材料,很容易形成墙体结露。
如果沿致密材料内面至高温一侧的这一层疏松保温材料被去掉,致密表面温度与高温一侧之间的温差很小,一般倒不容易形成墙体结露,所以,整体都是钢筋混凝土结构的建筑墙体,即使保温不好,也不会结露,只是能耗比较高。
热桥结露道理也一样,因为热桥材料比较致密,透气性差,导热性好,如果热桥直接露到室内,热桥内表面温度并不低,反而不容易形成结露,如果热桥内侧涂抹一层疏松的砂浆或保温材料,热桥内表面温度因而比较低,该点的绝对湿度与周围差不多,但相对湿度会比较大,所以,这种热桥内表面附近很容易形成墙体结露。
由此看来,墙体内部沿传热方向,存在阻隔水气渗透的墙体结构,就会导致水气聚集,这是造成墙体结露的内因,其次是存在使墙内聚集水气达到饱和蒸汽压的温差,这既与墙体保温结构有关,也与地域气候环境有关。
墙体内部热桥,既阻隔水气渗透,导热性又好,所以,热桥部位更容易形成墙体结露,但热桥并不是造成墙体结露的本质原因。
5.避免墙体结露的设计建议
总之,沿墙体热量传递方向,只要存在由疏松而变致密的墙体结构,就会对水气渗透形成阻隔作用,就有可能形成墙体结露。
若能减薄或去除致密层靠热墙一侧的疏松材料,或者做好冷墙一侧墙体的外保温,一般可以消除墙体结露。
如果想在冷墙一侧消除墙体结露,就要加大冷墙一侧墙体的疏松度、厚度,可以在冷墙外侧选用热阻大、透气性好的保温材料,加大保温,减小内部墙体的温度梯度;
如果想在热墙一侧消除墙体结露,应尽可能去除热墙一侧的疏松材料,加大热墙一侧墙体的致密度,选择热阻更小、致密性更高的材料,如混凝土、瓷砖,石材、玻璃甚至加一些防水措施,减小水气向墙体内部的渗透。
如果设计要求钢筋混凝土材料两侧都要有疏松材料层(如抹灰、水泥砂浆或者保温材料),应尽可能减小热墙一侧疏松材料层厚度,加大冷墙一侧的外保温及疏松度。
热墙一侧疏松材料层越厚,越需要加大外墙保温,来降低热墙一侧疏松材料层的内外温差。
如果想在外墙装石材,同时还想在墙体中间做隔热,要尽可能选择薄一些的石材,同时要做好内部疏松隔热层和钢筋混凝土层设计,否则也容易结露。
具体设计应根据当地的湿度、温度等气候条件,各层墙体材料的透气性、导热性,以及各层墙体材料位置、厚度、排列顺序,进行细致地结露计算,才能精确地判定设计方案是否存在墙体结露问题。
BEED软件的墙体结露计算模块是依据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93规定的结露计算方法开发的。
外墙外保温主要有哪些优点?
相对于外墙内保温,外墙外保温主要有以下优点:
1、适用范围广
外保温适用于采暖和空调的工业与民用建筑,既可用于新建工程,又可用于旧房改造,适用范围较广。
2、保护主体结构,延长建筑物的寿命
采用外墙外保温方案,由于保温层置于建筑物围护结构外侧,缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,避免了雨、雪、冻融、干、湿循环造成的结构破坏,减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。
事实证明,只要墙体和屋面保温隔热材料选材适当,厚度合理,外保温可有效防止和减少墙体和屋面的温度变形,有效地消除了顶层横墙常见的斜裂缝或八字裂缝。
因此,外保温既可减少围护结构的温度应力,又对主体结构起保护作用,从而有效地提高了主体结构的耐久性,故比内保温更科学合理。
3、基本消除了“热桥”的影响
采用外保温在避免“热桥”方面比内保温更有利,如在内外墙交界部位、外墙圈梁、构造柱、框架梁、柱、门窗洞口以及顶层女儿墙与屋面板交界周边所产生的“热桥”。
经统计,底层房间“热桥”附加热负荷约占总热负荷的23.7%;中间层房间占21.7%;顶层房间占24.3%。
可见,“热桥”的影响还是较大的。
上述“热桥”对内保温和夹心保温而言,几乎难以避免,而外保温既可防止“热桥”部位产生的结露,又可消除“热桥”造成的附加热损失。
计算表明,在厚度为370mm砖墙内保温条件下,周边“热桥”使墙体平均传热系数比主体部位传热系数增加10%左右;在厚度为240mm砖墙内保温条件下,周边“热桥”使平均传热系数比主体部位传热系数约增加51%~59%,而在厚度为240mm砖墙外保温条件下,这种影响仅2%~5%。
4、使墙体潮湿情况得到改善
一般情况下,内保温须设置隔汽层,而采用外保温时,由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧,用稳态传湿理论进行冷凝分析,只要保温材料选材适当,在墙体内部一般不会发生冷凝现象,故无需设置隔汽层。
同时,由于采取外保温措施后,结构层的整个墙身温度提高了,降低了它的含湿量,因而进一步改善了墙体的保温性能。
5、有利于室温保持稳定
外保温墙体由于蓄热能力较大的结构层在墙体内侧,当室内受到不稳定热作用,室内空气温度上升或下降时,墙体结构层能够吸收或释放热量,故有利于室温保持稳定。
6、有利于提高墙体的防水和气密性
加气混凝土、混凝土空心砌块等墙体,在砌筑灰缝和面砖粘贴不密实的情况下,其防水和气密性较差,采用外保温构造,则可大大提高墙体的防水和气密性能。
7、有利于改善室内热环境质量
室内热环境质量受室内空气温度和围护结构表面温度的影响。
如采用外保温墙体,全面提高墙体的保温性能,则有利于保持室内空气和墙体内表面有较高温度,从而有利于改善室内热环境。
8、便于旧建筑物进行节能改造
20世纪80年代以前建造的工业与民用建筑一般都不满足节能要求。
因此,对旧房进行节能改造,已提上议事日程。
与内保温相比,采用外保温方式对旧房进行节能改造,其最大优点之一是无需临时搬迁,基本不影响用户的室内活动和正常生活。
9、可减少保温材料用量
在达到同样节能效果的条件下,采用外保温墙体,由于基本消除了“热桥”的影响,故可以节约保温材料的用量。
据统计,以北京、沈阳、哈尔滨、兰州四城市的塔式建筑为例,与内保温相比,保温材料分别可节省44%(北京);48%(沈阳);58%(哈尔滨);45%(兰州)。
10、增加房屋的使用面积
由于保温材料贴在墙体外侧,其保温、隔热效果优于内保温和夹心保温,故可使主体结构墙体减薄,从而增加每户的使用面积。
据统计,以北京、沈阳、哈尔滨、兰州四城市的塔式建筑为例:
当主体结构为空心砖墙时,每户使用面积分别可增加1.2m2(北京);2.4m2(沈阳);4.2m2(哈尔滨);1.3m2(兰州)。
当主体结构为混凝土空心砌块时,每户使用面积分别可增加1.6m2(北京);2.5m2(沈阳);4.6m2(哈尔滨);1.7m2(兰州)。
可见,其经济效益是十分显著的。
以上所述外墙外保温十大优点可以看出,无论从建筑节能的机理或从实际节能效果来衡量,外保温做法是最佳选择。
在国外采用外保温的建造已有40余年的历史,近年来,在我国北京、天津、沈阳、大连、山东、江苏、浙江等地也相继建造了一批外保温建筑,取得了良好的效果和较成功的经验。
因此,不论是在寒冷地区、夏热冬冷地区或夏热冬暖地区推广外保温节能乃是势在必行,也一定会在第二阶段的节能工作中,取得良好的经济效益、社会效益和环境效益
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