河北工程大學建筑學院

孫鳳明1/29/20241第四章建筑防潮第四章空氣濕度和圍護結構防潮室內空氣濕度材料的吸濕外圍護結構中的水分遷移防止和控制冷凝的措施

舒適的熱環境要求空氣中必需有適量的水蒸汽，但當蒸汽在圍護結構中凝結時，會對建筑產生不利影響。在建筑中需盡量避免在圍護結構的內表面產生結露，同時更應防止在圍護結構內部因蒸汽滲透而產生凝結受潮。1/29/20242第四章建筑防潮第一節室內空氣濕度隨著室內外空氣的對流，室外空氣的含濕量直接影響室內空氣的濕度。冬季采暖房間室內溫度增高，使空氣的飽和水蒸汽分壓力大大高于室外，雖然室內的一些設備和人的活動會散發水蒸汽，增加室內濕度，使室內實際水蒸汽分壓力高于室外，但由于冬季室內、外空氣溫度相差較大，二者的飽和水蒸汽分壓力有很大差距，從而使室內相對濕度往往偏低。1/29/20243第四章建筑防潮一般是換氣次數愈多，室內外溫差愈大，室內的相對濕度會愈低；甚至需要另外加濕才能滿足正常的舒適要求。維持正常相對濕度所需濕量可按如下方法進行估算。【例4－1】已知室外溫度一10℃，室內溫度20℃，房間體積40m3，每小時換氣1次。室外相對濕度80％。求維持室內相對濕度50％所需的增濕率。（假設不考慮室內人和設備的產濕）1/29/20244第四章建筑防潮【解】①計算每小時交換的空氣重量：按照房間體積為40m3，每小時換氣1次，室內外平均溫度為5℃，并查表得5℃的干空氣密度為1.26kg／m3，則每小時交換的空氣重量為:

1×40×1.26＝50.4kg／h②計算室外空氣含濕量（de)

室外實際水蒸汽分壓力（P)，用公式φ＝P／Ps×100％，計算并查附錄2，得知一10℃空氣的飽和水蒸汽分壓力Ps值為260.3Pa代入，得：1/29/20245第四章建筑防潮

P＝0.8×260.3＝208.24Pa。

室外空氣含濕量（de），用公式de＝0.622P/(Pa-P)計算

de＝0.622×208.24／（101300—208.24）＝0.00128kg／kg干空氣（標準大氣壓為Pa＝1.013×105Pa）③計算維持相對濕度50％室內空氣應有含濕量di：

室內應有水蒸汽分壓力Pi。查附錄2，得知20℃的空氣飽和水蒸汽分壓力為2337.1Pa，得：

Pi＝0.5×2337.1＝1168.55Pa1/29/20246第四章建筑防潮室內應有的空氣含濕量di應為：

di＝0622Xll68.55／（101300－1168.55）＝0.00726kg／kg干空氣④計算需要的增濕率ΔdΔd＝（0.00726—0.00128)×50.4＝0.301kg／h

即為了維持室內50％相對濕度約需補充水蒸汽量0.301kg／h

1/29/20247第四章建筑防潮第二節材料的吸濕把一塊干的材料試件置于濕空氣之中，材料試件會從空氣中逐步吸收水蒸汽而受潮，這種現象稱為材料的吸濕。材料的吸濕特性，可用材料的等溫吸濕曲線表征，如圖4—1所示，該曲線是根據不同的空氣相對濕度(氣溫固定為某一值)下測得的平衡吸濕濕度繪制而成。1/29/20248第四章建筑防潮11/29/20249第四章建筑防潮

當材料試件與某一狀態(一定的氣溫和一定的相對濕度)的空氣處于熱濕平衡時，亦即材料的溫度與周圍空氣溫度一致(熱平衡)，試件的重量不再發生變化(濕平衡)，這時的材料濕度稱為平衡濕度。圖中的ω100、ω80、ω60……等等，分別表示在相對濕度為100％、80％、60％……等條件下的平衡濕度，φ＝100％條件下的平衡濕度叫做最大吸濕濕度。1/29/202410第四章建筑防潮

等溫吸濕曲線的形狀呈“S”形，顯示材料的吸濕機理分三種狀態，(1)在低濕度時為單分子吸濕；(2)在中等濕度時為多分子吸濕；(3)在高濕度時為毛細吸濕。

可見，在材料中的水分主要以液態形式存在。表4—1列舉了若干種材料在0～20℃時不同相對濕度下的平衡濕度的平均值。材料的吸濕濕度在相對濕度相同的條件下，隨溫度的降低而增加。1/29/202411第四章建筑防潮1/29/202412第四章建筑防潮

第三節外圍護結構中的水分遷移一、表面冷凝的檢驗冬季，圍護結構內表面的溫度經常低于室內空氣溫度，當內表面溫度低于室內空氣露點溫度時，空氣中的水蒸汽就會在內表面凝結。因此，檢驗內表面是否會有結露主要依據其溫度是否低于露點溫度。1/29/202413第四章建筑防潮【例4－2】某外墻構造如圖4－2，請判斷它在室內溫度18℃、相對濕度60％、室外溫度一12℃時，內表面是否可能結露？【解】①計算內表面溫度θi

：應用第二章公式熱阻得內表面溫度1/29/202414第四章建筑防潮②計算室內空氣的露點溫度td

：查附錄2得18℃時的飽和蒸汽分壓力Ps＝2062.5Pa，按公式P＝Ps·φ得室內實際水蒸汽分壓力。

P＝2062.5×0.6＝1237.5Pa以1237.5Pa查附錄2得室內露點溫度td為10.1℃③比較θi與tdθi＝15.48℃，td為10.1℃。顯然θi＞td，因此可以判斷這種圍護結構的內表面不會結露。1/29/202415第四章建筑防潮防止墻和屋頂內表面產生結露是建筑熱工設計的基本要求。防止和控制的措施可歸納為：

1.使圍護結構具有足夠的保溫能力，總熱阻值至少應在規定的最小總熱阻以上，并注意防止冷橋。

2.如室內空氣濕度過大，可利用通風降溫。

3.普通房間的圍護結構內表面最好用具有一定吸濕性的材料，使由于溫度波動而只在一天中溫度低的一段時間內產生的少量凝結水可以被結構內表面吸收。在室內溫度高而相對濕度低時又返回室內空氣。

4.對室內濕度大、內表面不可避免有結露的房間，如公共浴室、紡織及印染車間等，采用光滑不易吸水的材料作內表面，同時加設導水設施，將凝結水導出。1/29/202416第四章建筑防潮二、圍護結構的蒸汽滲透當室內外空氣中的含濕量不等，也就是圍護結構的兩側存在著水蒸汽分壓力差時，水蒸汽分子就會從分壓力高的一側通過圍護結構向分壓力低的一側滲透擴散，這種傳濕現象叫蒸汽滲透。蒸汽滲透過程是物質即水蒸汽分子的轉移過程。1/29/202417第四章建筑防潮

認真分析圍護結構的傳濕，不僅有由蒸汽分壓力差引起的蒸汽滲透，還有由于溫度差引起的水蒸汽遷移，在冷凝區還存在飽和水蒸汽及液態水的遷移問題，其計算十分復雜，所以目前在建筑中考慮圍護結構的濕狀況是按粗略分析法，即按穩定條件下單純的水蒸汽滲透考慮。1/29/202418第四章建筑防潮

在計算中，室內外蒸汽分壓力都取為定值，不隨時間而變，且忽略熱濕交換過程中的相互影響，也不考慮圍護結構內部液態水分的轉移。穩態下蒸汽滲透過程的計算與穩定傳熱的計算方法相似，即在穩態條件下、單位時間內通過單位面積圍護結構的蒸汽滲透量與室內外水蒸汽分壓力差成正比，與滲透過程中受到的阻力成反比。其計算公式如下（圖4－3）：1/29/202419第四章建筑防潮123Pi

PifP2ωP3ωΡe

Pe

μ１

μ２

μ３

圖4－3圍護結構的蒸汽滲透過程(4－1)1/29/202420第四章建筑防潮

式中：ω——單位時間內通過單位面積圍護結構的水蒸汽滲透量，又稱蒸汽滲透強度，g/（m2·h）；

H0——圍護結構的水蒸汽滲透阻，(m2·h·Pa）／g；

Pi——室內空氣的水蒸汽分壓力，Pa；

Pe—室外空氣的水蒸汽分壓力，Pa。1/29/202421第四章建筑防潮對由多層材料作成的圍護結構其蒸汽滲透阻是各層材料的蒸汽滲透阻之和，即：（4－2）1/29/202422第四章建筑防潮

材料的滲透系數值與材料的密實程度有關。材料的孔隙率越大，蒸汽滲透系數就越大。常用材料的蒸汽滲透系數值可查附錄1。嚴格地說，材料蒸汽滲透系數尚與其所處溫度和相對濕度有關，附錄中采用的是一般正常情況下的實驗值。在計算圍護結構蒸汽滲透阻時，一般不考慮圍護結構內、外表面附近空氣邊界層的蒸汽滲透阻，因為它與結構材料本身的蒸汽滲透阻相比影響非常小，可以忽略不計。這樣，圍護結構內、外表面的水蒸汽分壓力可近似認為分別與室內、外空氣的水蒸汽分壓力相等，即分別為Pi和Pe。1/29/202423第四章建筑防潮圍護結構內任一層界面上的水蒸汽分壓力計算可參照穩定傳熱計算中內部溫度的計算方法，各層水蒸汽分壓力的計算式為：式中：一－從室內一側算起，由第一層至第m－1層的蒸汽滲透阻之和。（4－3）1/29/202424第四章建筑防潮三、內部冷凝和冷凝量的計算

1.內部冷凝的檢驗

若設計不當，當水蒸汽通過圍護結構的過程中遇到蒸汽滲透阻大的材料層，水蒸汽不易通過，就會出現冷凝現象。判別圍護結構的內部是否會出現冷凝，可按下列步驟進行。（1）根據室內外空氣的溫度和相對濕度，確定水蒸汽分壓力Pi和Pe，然后按式（4－3）計算圍護結構各層的實際水蒸汽分壓力，并作出實際水蒸汽分壓（P）的分布線。（2）根據室內外空氣溫度ti和te，確定圍護結構各層的溫度，按附錄2查出相應的飽和水蒸汽分壓力Ps，并畫出曲線。

1/29/202425第四章建筑防潮室內室內PPsPsP(a)(b)圖4-4判別圍護結構內部冷凝情況

(a)有內部冷凝；(b)無內部冷凝（3）根據P線和Ps線相交與否來判定圍護結構內部是否會出現冷凝現象，如圖4－4所示。如P線與Ps線不相交．說明內部不會產生冷凝；若相交，則內部有冷凝。1/29/202426第四章建筑防潮如前所述，內部冷凝現象一般出現在復合構造的圍護結構。若材料層的布置方式是沿蒸汽滲透方向先設置蒸汽滲透阻小的材料層，其后才是蒸汽滲透阻大的材料層，則水蒸汽將在兩材料層相交的界面處遇到較大阻力，從而發生冷凝現象。習慣上把這個最易出現冷凝、而且凝結最嚴重的界面，叫作圍護結構的“冷凝界面”。如圖4－5所示，冷凝界面一般出現在保溫材料與其外側密實材料交界處。1/29/202427第四章建筑防潮圖4－5冷凝界面位置1/29/202428第四章建筑防潮2．冷凝強度計算顯然，當出現內部冷凝時，冷凝界面處的水蒸汽分壓力(PC)已超過該界面溫度下的最大水蒸汽分壓力（PS·C）。設由水蒸汽分壓力較高一側的空氣進到冷凝界面的蒸汽滲透強度為ωA，從界面滲透到蒸汽分壓力較低一側空氣的蒸汽滲透強度為ωB，兩者之差即是界面處的冷凝強度，(單位時間、單位面積上的凝結水量），如圖4－6。1/29/202429第四章建筑防潮（4－4）計算式為：ωC＝ωA－ωB

或：圖4－6內部冷凝強度1/29/202430第四章建筑防潮式中：ωC——界面處的冷凝強度，g/(m2·h）。ωA、ωB——界面兩側的蒸汽滲透強度，g/(m2·h)；PA——分壓力較高一側空氣的水蒸汽分壓力，Pa；PB——分壓力較低一側空氣的水蒸汽分壓力，Pa；PC——冷凝界面處的最大水蒸汽分壓力，Pa；Ho,i——在冷凝界面蒸汽流入一側的蒸汽滲透阻（m2·h·Pa）/g；Ho,e——在冷凝界面蒸汽流出一側的蒸汽滲透阻（m2·h·Pa）/g。1/29/202431第四章建筑防潮3.采暖期累計凝結量估算

圍護結構內的蒸汽滲透和凝結過程一般十分緩慢，而且隨著氣候變化，在采暖期過后室內外蒸汽分壓力接近，蒸汽不再向一個方向滲透，在其他季節圍護結構內的凝結水還可逐步向室內、外散發，因此在采暖期圍護結構內的蒸汽凝結量如果保持在一定范圍內，對保溫材料影響不大，則少量凝結也可允許存在。1/29/202432第四章建筑防潮采暖期總的冷凝量計算方法為：

ωc.o＝24ωc·Z（4－5）式中：ωc.o——采暖期內圍護結構每m2面積上的總凝結量，g／m2；

ωc——界面處的冷凝強度，g／(m2·h）；

Z——采暖期天數，d；

采暖期內保溫層材料的重量濕度增量計算式為：（4－6）1/29/202433第四章建筑防潮式中：Δω——材料重量濕度的增量，％；

δi——保溫材料厚度，m；

ρi——保溫材料的密度，kg／m3；

1000——單位折算系數。按照《民用建筑熱工設計規范》（GB50176－93），在采暖期內，圍護結構中保溫材料因內部冷凝受潮而增加的重量濕度增量應在表4－2以內1/29/202434第四章建筑防潮21/29/202435第四章建筑防潮四、冷凝界面內側所需蒸汽滲透阻計算如圍護結構內的蒸汽凝結量過大，超過規定的限值，則不僅材料保溫性能下降，而且過多的水分在非采暖期內往往不能充分蒸發，以致逐年累積形成惡性循環，就會對圍護結構產生很大的破壞作用。這種情況在設計中必須防止。為此，要求在冷凝界面內側的圍護結構層有一定的蒸汽滲透阻，其計算式為：1/29/202436第四章建筑防潮式中；Ho,i－－冷凝界面內側所需的蒸汽滲透阻，m2·h·Pa／g；

Pi---室內水蒸汽分壓力，根據采暖期室內計算溫度和相對濕度確定，Pa；

Pe---室外空氣水蒸汽分壓力，根據采暖期室外平均氣溫和相對濕度確定,Pa；

PS,C---冷凝界面處與界面溫度對應的飽和水蒸汽分壓力，PaHo,e---冷凝界面至外側的蒸汽滲透阻，m2·h·Pa／g；1/29/202437第四章建筑防潮

Z---采暖期天數，d；

ρi---保溫材料的干密度，kg／m3；

[Δω]---采暖期間保溫材料重量濕度的允許增量，按表4－1q取值，％；δi----保溫層的厚度，m10---單位折算系數，因為Δω是以百分數表示，ρi是以kg/m3表示的。1/29/202438第四章建筑防潮【例4－3】試檢驗圖4－7所示的外墻結構是否會產生內部冷凝？已知ti＝18℃，φi＝60％，采暖期室外平均氣溫te＝－16℃，平均相對濕度φe＝50％。【解】①計算各分層熱阻和蒸汽滲透阻：1/29/202439第四章建筑防潮∑R＝1.166m2K/W∑H＝1399.35(m2hPa)/g由此得：R0＝0.11+1.166+0.04=1.316(m2K)/WH0＝1399.35(m2hPa)/g圖4－71.石膏板10mm；2.礦棉板70mm；3.陶粒混凝土35mm1/29/202440第四章建筑防潮②計算室內、外空氣的水蒸汽分壓力：

ti＝18℃時，Ps,i＝2062.5Pa

室內實際水蒸汽分壓力

Pi＝2062.5×0.6＝1237.5Pa

按室外氣溫te＝－1.6℃查附錄2得

Ps,e＝534.6Pa

室外實際水蒸汽分壓力

Pe＝534.6×0.5＝2673Pa③計算圍護結構各層的溫度和水蒸汽分壓力：飽和水蒸汽分壓Ps:1/29/202441第四章建筑防潮查表得Ps,1＝1863.8Pa查表得Ps,2＝1479.2Pa查表得Ps,3=590.6Pa1/29/202442第四章建筑防潮查表得Ps,4＝562.6Pa實際水蒸氣分壓力P：

P1＝Pi

＝1237.5PaP4

＝Pe

＝267.3Pa

作出Ps和P的分布線（見圖4－8），兩線相交，說明有內部冷凝。1/29/202443第四章建筑防潮81/29/202444第四章建筑防潮④計算冷凝強度在本例中，冷凝界面位于第二層和第三層交界處，故Ps,c=P3=590.6PaHo,i=126.58+161.66=288.24(m2

·h·Pa)/gHo,e=1111.11(m2

·h·Pa)/g

按公式（4－4）冷凝強度為1.953g/(m2·h)1/29/202445第四章建筑防潮第四節防止和控制內部冷凝的措施如前所述，圍護結構內部的濕轉移過程比較復雜，室內外的濕度也隨時在變化，以上計算方法只是粗略估算；另外，在圍護結構施工中如有多余水分進入保溫材料，也會造成內部冷凝。因此，更重要的是根據建筑防潮的實踐經驗和教訓，采取一定的構造措施來防止內部冷凝。具體措施有：1/29/202446第四章建筑防潮當圍護結構由多層材料構成時，應將蒸汽滲透系數小的密實材料放在水蒸汽分壓力大的一側（對除冷藏庫外的一般建筑來說，應放在冬季溫度高的室內一側），而將蒸汽滲透系數大的材料放在蒸汽分壓力相對較小的室外低溫一側，使滲透進圍護結構的蒸汽能保持”進出平衡”或“進難出易”，以利于蒸汽排除，防止在圍護結構內部積累。如圖4－9。一.合理布置保溫層1/29/202447第四章建筑防潮1/29/202448第四章建筑防潮

對于外側有密實保護層或防水層的圍護結構，如在保溫層與密實層之間設可排汽的空氣間層，以有效排除蒸汽，防止內部凝結。如圖4－10為一屋頂作法。圖4－11為瑞典一建筑實例，該建筑外墻外表面為玻璃板，原來在玻璃板與其里面的保溫層之間有小間隙，墻體內無疑結；改建后玻璃板緊貼保溫層，一年后保溫材料內凝結了很多水，體積含濕量達50％。二、在圍護結構內部設排汽間層或排汽溝道1/29/202449第四章