第三节　纺织建筑隔湿设计

当材料内部存在水蒸气分压力差、湿度差和温度差时，均能引起材料内部所含水分的迁移。材料内所包含的水分，可以以三种形态存在：气态（水蒸气）、液态（液态水）和固态（冰）。在材料内部可以迁移的只是两种相态，一种是以气态的扩散方式迁移（又称水蒸气渗透）；一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移。

当材料湿度低于最大吸湿湿度时，材料中的水分尚属吸附水，这种吸附水分的迁移，是先经蒸发，然后以气态形式沿水蒸气分压力降低的方向或沿热流方向扩散迁移。当材料湿度高于最大吸湿湿度时，材料内部就会出现自由水，这种液态水将从含湿量高的部位向含湿量低的部位产生毛细迁移。

纺织建筑由于冬季车间温度高，湿度大，外围护结构结露现象经常发生。因此，了解围护结构中的水蒸气迁移规律，采用正确的保温隔湿措施，对防止车间结露，保证车间卫生环境很有必要。

一、围护结构的水蒸气渗透

当室内外空气的水蒸气含量不等时，在外围护结构的两侧就存在着水蒸气分压力差，水蒸气分子将从压力较高的一侧通过围护结构向低的一侧渗透扩散。若隔湿设计不当，水蒸气通过围护结构时，会在材料的孔隙中凝结成水或冻结成冰，造成内部冷凝受潮。

（一）围护结构的水蒸气渗透量

建筑设计中为考虑围护结构的湿状况，通常采用粗略的分析计算方法，即按稳定条件下单纯的水蒸气渗透过程考虑。在计算中，室内外空气的水蒸气分压力都取为定值，不随时间而变；不考虑围护结构内部液态水分的转移，也不考虑热湿交换过程之间的相互影响。

稳态下纯水蒸气渗透过程的计算与稳定传热的计算方法完全相似。如图2-3所示，在稳态条件下通过围护结构的水蒸气渗透量，与室内外的水蒸气分压力差成正比，与渗透过程中受到的水蒸气渗透阻力成反比，即

式中：ω——水蒸气渗透强度，g/（m2·h）；

H0——围护结构的总水蒸气渗透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pi——室内空气的水蒸气分压力，Pa；

Pe——室外空气的水蒸气分压力，Pa；

Pif——围护结构内壁面处水蒸气分压力，Pa；

Pef——围护结构外壁面处水蒸气分压力，Pa。

围护结构的总蒸气渗透阻按下式确定：

式中：dm——任一分层的厚度，m=1，2，3，……，i；

μm——任一分层材料的水蒸气渗透系数，g/（m·h·Pa），m=1，2，3，……，i。

水蒸气渗透系数表明材料的透气能力，与材料的密实程度有关。材料的孔隙率越大，透气性就越强，如玻璃棉等。材料越密实，透气性越差，但隔气性能越好，例如塑料、玻璃和金属是不透水蒸气的。应该指出，材料的水蒸气渗透系数还与材料密度、环境温度和相对湿度有关。常用材料的导热系数和水蒸气渗透系数见表2-10。

表2-10　常用材料的导热系数和水蒸气渗透系数

由于围护结构内外表面的湿转移阻，与结构材料层的水蒸气渗透阻本身相比是很微小的，所以在计算总水蒸气渗透阻时可忽略不计。这样，围护结构内外表面的水蒸气分压力可近似地取为Pi和Pe。围护结构内任一层内界面上的水蒸气分压力，可按下式计算（与确定内部温度相似）：

式中：——从室内一侧算起，由第1层至第m-1层的水蒸气渗透阻之和。

（二）围护结构内部冷凝

纺织建筑围护结构的内部冷凝危害很大，不但会造成围护结构保温失效，内表面结露，还会使围护结构外表面凝水结冰，破坏围护结构，是一种看不见的隐患。所以在纺织车间围护结构设计时，应根据车间内外的水蒸气分压力，分析围护结构的构造是否会产生内部冷凝现象，以便采取措施加以消除，或控制其影响程度。

为判别围护结构内部是否会出现冷凝现象，可按以下步骤进行。

（1）根据室内外空气的温湿度（t和φ），确定水蒸气分压力Pi和Pe，然后按式（2-5）计算围护结构各层的实际水蒸气分压力，并作出P分布线。设计中取当地采暖期室外空气的平均温度和平均相对湿度作为室外计算参数。

（2）根据室内外空气温度ti和te，确定各层的温度，并作出相应温度下的饱和水蒸气分压力Ps的分布线。

（3）根据P线和Ps线相交与否来判定围护结构内部是否会出现冷凝现象。如图2-4（a）所示，Ps线与P线不相交，说明内部不会产生冷凝；若相交，则内部有冷凝，如图2-4（b）所示。

二、防止和控制冷凝的措施

纺织车间外墙和屋面产生表面冷凝，主要是由于室内空气湿度过高和壁面的温度过低造成。现就不同情况分析如下。

（一）防止和控制内表面冷凝

1.正常温湿度车间（如清花、分级车间）对于这类车间，若设计围护结构时已满足了最小传热阻的要求，一般情况下不会出现表面冷凝现象。但应注意其他温度高、湿度大的车间水蒸气向该处转移，特别是分级、整理车间，由于发热量小，车间温度低，很容易使高温车间的水蒸气转移到此处，使车间内相对湿度增大，形成外墙内表面结露。使用中除了应做好车间的封闭，避免相邻车间的水蒸气向此处转移外，还应加强此类车间的外墙保温、合理布置暖气，并应尽可能使外墙和屋顶围护结构内表面附近的气流畅通，利用气流的扰动作用减少凝结现象。

2.高温高湿度车间（如络筒、布机车间）对于这类车间，冬季室内相对湿度一般高于65%（车间温度在20℃以上），对于此类建筑，应尽量加大外围和结构的保温和隔气设计，防止车间内表面产生冷凝和滴水现象，同时预防潮湿空气对结构材料的锈蚀和腐蚀。有些高湿房间，室内相对湿度已接近饱和（如浆纱、蒸纱间等），即使再加大围护结构的热阻，也不能防止围护结构表面冷凝。这时一方面应提高围护结构内表面温度（如不设吊顶等），或加强屋顶或外墙内表面附近的通风措施，使凝水不易形成；另一方面应力求避免在表面形成水滴掉落，影响房间使用质量。为避免凝水形成水滴，围护结构内表面可采用吸湿能力强且本身又耐潮湿的饰面层或涂层。目前市场上已有一种名为SWA的高吸水性树脂，其吸湿能力可达600g/m2（1mm厚涂层）。在凝结期，水分被饰面层所吸收，待房间比较干燥时，水分自行从饰面层中蒸发出去，可减少滴水现象。

为防止表面凝水渗入围护结构的深部，使结构受潮。处理时应根据房间使用性质采取不同的措施，避免围护结构内部受潮。高湿房间的围护结构的内表面应设防水隔气层，使水蒸气难以进入保温材料中。对于天窗的凝水，应在天窗下设计导水槽，使凝水不至于滴到车间机器上面。

（二）防止和控制内部冷凝

由于围护结构内部的湿转移和冷凝过程比较复杂，目前在理论研究方面虽有一定进展，但尚不能满足解决实际问题的需要，所以在设计中主要是根据实践中的经验和教训，采取一定的构造措施来改善围护结构内部的湿度状况。

1.合理布置材料层的相对位置　在同一气象条件下，使用相同的材料，由于材料层次布置的不同，将会出现两种结果。一种构造方案可能不会出现内部冷凝，另一种方案则可能出现。如图2-5所示，图中（a）方案是将导热系数小、蒸气渗透系数大的保温层布置在水蒸气流入的一侧（内保温），导热系大而蒸气渗透系数小的密实材料层布置在水蒸气流出的一侧。由于第一层材料热阻大，温度降落多，对应的饱和水蒸气分压力Ps曲线相应地降落也快，但该层透气性大，实际水蒸气分压力P降落平缓；在第二层材料中的情况正相反。这样Ps曲线与P线很易相交，在P＞Ps的部位出现冷凝，也就是水蒸气“易进难出”，这时容易出现内部冷凝。图中（b）方案是把保温层布置在外侧（外保温），材料层次的布置方面做到在水蒸气渗透的通路上“难进易出”，就不会出现上述内部水汽凝结情况。

2.设置隔气层　在具体的工程设计中，材料层的布置往往不能完全符合上面所说的“难进易出”的要求。为了消除或减弱围护结构内部的冷凝现象，可在保温层蒸气流入的一侧设置隔气层（如沥青或隔气涂料等）。这样可使水蒸气气流抵达低温表面之前，水蒸气分压力已得到急剧下降，从而避免内部冷凝的产生，如图2-6所示。采用隔气层防止或控制内部冷凝是目前纺织建筑热工设计中应用最普遍的一种措施。为达到良好效果，设计中应注意如下几点。

（1）保证围护结构内部正常湿状况所必需的蒸气渗透阻。一般的采暖房屋，在围护结构内部出现少量的冷凝水是允许的，这些冷凝水在暖季会从结构内部蒸发出去，但为保证结构的耐久性，供暖期间围护结构中的保温材料，因内部冷凝受潮而增加的湿度，不应超过一定的标准，表2-11列出部分保温材料重量湿度允许增量。

表2-11　采暖期间保温材料重量湿度的允许增量

根据采暖期间保温层内湿度的允许增量，可得出冷凝计算界面内侧所需的蒸气渗透阻为：

式中：Hi, min——冷凝计算界面内侧所需的蒸气渗透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pc——室外空气水蒸气分压力，Pa，根据当地供暖期室外平均温度和平均相对湿度确定；

Pi——室内空气水蒸气分压力，Pa，根据室内计算温度和相对湿度确定；

Ps, C——冷凝计算界面处的界面温度对应的饱和水蒸气分压力，Pa；

Ho, e——冷凝计算界面至围护结构外表面之间的水蒸气渗透阻，（m2·h·Pa）/g；

Zh——供暖期天数，d；

Δω——采暖期间保温材料重量湿度的允许增量，%，按表2-11取值；

ρi——保温材料的干密度，kg/m3；

di——保温材料层厚度，m；

10——单位折算系数（因为Δω是以百分数表示，ρi是以kg/m3表示的）。

若内侧部分实有的蒸气渗透阻小于式（2-6）确定的最小值时，应设置隔气层或提高已有隔气层的隔气能力。某些常用隔气材料的蒸气渗透阻列于表2-12。

表2-12　常用隔气材料的蒸气渗透阻

对于有吊顶的轻钢门式结构纺织厂房坡屋顶，在吊顶内不设通风口时，应加强屋顶的保温和隔气措施，同时采用隔气、吸湿能力较强的吊顶材料，以阻挡室内高温高湿的气体进入吊顶，在吊顶内降温，并在顶棚下凝结。此时其屋面部分的水蒸气渗透阻应符合下式要求：

式中：Ho, i——屋面部分的水蒸气渗透阻，（m2·h·Pa）/g；

Pi、Pe——分别为室内和室外空气水蒸气分压力，Pa。

（2）隔气层应布置在水蒸气流入的一侧。对于纺织车间，由于车间内高湿度要求，除夏季高温高湿极少天数会出现车间内水蒸气分压力低于室外水蒸气分压力外，常年情况是水蒸气由车间向室外传递。所以隔气层应布置在保温层内侧，即应设在常年高湿一侧。一般屋顶隔气层设在承重层以上、保温层以下。外墙隔气层设在保温层的内侧，例如主风道外墙采用内保温时，应在主风道内侧保温层表面设置隔气层；采用外保温时，为施工方便，也在主风道内的承重墙上设置隔气层。设置隔气层后，应注意使保温层中的水蒸气能够散出。施工时应尽可能保证保温层干燥，必要时应在保温层内设置放气孔或泄气沟道等，及时排除保温层中的水蒸气。否则在使用中，由于保温层中有水分产生冷凝，冷凝水不易蒸发出去，保温层将失去保温效果。多数纺织车间屋顶结露均由此原因产生，不可忽视。