劉 邦 俊

(四川煙草工業(yè)有限責(zé)任公司什邡分廠,四川 什邡 618400)

·建筑節(jié)能·

卷煙工業(yè)廠房屋面防結(jié)露技術(shù)研究與應(yīng)用

劉 邦 俊

(四川煙草工業(yè)有限責(zé)任公司什邡分廠,四川 什邡 618400)

針對(duì)建筑物室內(nèi)結(jié)露，嚴(yán)重影響其使用功能這一現(xiàn)象，對(duì)擬應(yīng)用硬質(zhì)玻璃棉板柔性屋面系統(tǒng)防結(jié)露技術(shù)進(jìn)行了研究，通過分析計(jì)算結(jié)露溫度和最小熱阻值以及保溫層厚度，使其達(dá)到了防止屋面結(jié)露的目的。

表面結(jié)露，露點(diǎn)溫度，柔性屋面，防止結(jié)露

工業(yè)建筑屋面是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要能耗部位，合理選擇屋面系統(tǒng)及主要保溫層材料，控制廠房屋面內(nèi)表面溫度避免結(jié)露，滿足廠房使用功能，達(dá)到最佳節(jié)能效果、保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的安全等尤為重要。因此，本文對(duì)卷煙工業(yè)廠房擬應(yīng)用新型保溫材料的柔性屋面系統(tǒng)防止結(jié)露技術(shù)問題進(jìn)行了研究。

1 工業(yè)建筑廠房結(jié)露現(xiàn)象及其影響分析

在冬季或梅雨季節(jié),當(dāng)建筑物的室內(nèi)側(cè)表面(包括屋蓋、天棚、外墻、內(nèi)墻、其他結(jié)構(gòu)面及地面等)的溫度低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度時(shí),則其表面產(chǎn)生水蒸氣凝結(jié)成水珠，這種凝結(jié)現(xiàn)象即稱為結(jié)露。而在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的結(jié)露稱為表面結(jié)露,在結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)露稱為內(nèi)部結(jié)露。表面結(jié)露易于被發(fā)現(xiàn)，也易于早期采取補(bǔ)救措施。但結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)露則難以發(fā)現(xiàn)，因此其危害往往比較大，且影響廣泛。甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)結(jié)凍、脹裂，建筑保溫功能被嚴(yán)重破壞等現(xiàn)象，直接影響建筑功能、建筑物的安全性及耐久年限[1]。特別是在卷煙工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)具有環(huán)境溫、濕度要求的建筑物，都考慮了建筑節(jié)能和防止結(jié)露，但在實(shí)際使用中,部分生產(chǎn)廠的廠房仍有結(jié)露現(xiàn)象。

2 廠房屋面保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

影響屋面保溫的因素，主要在于屋面基本構(gòu)造設(shè)置，屋面基本構(gòu)造設(shè)置中溫度分布具有鮮明的特征，溫度衰減主要集中在保溫層內(nèi)[2]。所以保溫材料的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，施工工藝以及相關(guān)過程控制與驗(yàn)收，對(duì)避免結(jié)露尤為重要。根據(jù)我廠2008年對(duì)老廠房改造應(yīng)用XPS擠塑板(防火等級(jí)B1)柔性屋面系統(tǒng)后所達(dá)到較好的節(jié)能效果和避免了結(jié)露，空調(diào)能耗節(jié)約20%～25%[3]，因此，本次改造擬新建廠房工程，對(duì)需用空調(diào)來滿足溫濕度環(huán)境的廠房(鋼結(jié)構(gòu))屋面仍采用柔性屋面系統(tǒng)，屋面基本構(gòu)造如圖1所示。保溫層改為綠色建材、防火等級(jí)為A級(jí)，當(dāng)前國際上應(yīng)用較廣的新型保溫材料——硬質(zhì)玻璃棉板，選擇合理其厚度要達(dá)到防止結(jié)露，滿足廠房內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境和充分節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)安全性等效果。

3 屋面保溫避免結(jié)露關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

卷煙廠由于其工藝的特點(diǎn)，制絲貯葉、貯絲房、卷接包車間生產(chǎn)環(huán)境溫、濕度均要求較高，需中央空調(diào)來滿足，具體要求見表1。根據(jù)屋面方案，車間廠房為鋼結(jié)構(gòu)，除了墻體、門窗要有保溫措施外，如何控制屋面內(nèi)表面溫度，避免結(jié)露問題尤為重要。我們對(duì)幾種不同厚度單層30 mm，40 mm，50 mm 的保溫材料防止結(jié)露相關(guān)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行驗(yàn)算，其中40 mm厚的硬質(zhì)玻璃棉板最為經(jīng)濟(jì)合理。其屋面相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算理論依據(jù)及步驟如下。

3.1 確定屋面內(nèi)表面露點(diǎn)溫度

工程所在地氣候?qū)傧臒岫洌昶骄鶜鉁卦?8 ℃左右。冬季氣溫在0 ℃～10 ℃，夏季氣溫在25 ℃～30 ℃[4]。

表1 卷煙廠生產(chǎn)環(huán)境溫、濕度要求[5]

根據(jù)冬季和夏季氣候不同，表1中空氣溫度在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)約有調(diào)整。

表2 結(jié)露露點(diǎn)表[4] ℃

根據(jù)結(jié)露原理，我們可以計(jì)算出本工程屋面內(nèi)表面結(jié)露的露點(diǎn)溫度。綜合考慮最不利因素，取冬季極端最低溫度：0 ℃，根據(jù)表1，室內(nèi)溫度取30 ℃，相對(duì)濕度取70%，通過表2可以查到屋面內(nèi)表面露點(diǎn)為24.1 ℃。因廠房上部空間存在溫度和濕度的衰減，其屋面內(nèi)層板表面位置溫度取25 ℃，最大濕度取60%，查表可得其屋面內(nèi)表面露點(diǎn)溫度為16.9 ℃；

因此，本工程實(shí)際上部空間屋面內(nèi)表面溫度必須大于16.9 ℃，才能避免結(jié)露，從而得到室內(nèi)空氣與內(nèi)表面的溫度差Δt=0.8×(25-16.9)=6.48 ℃。

3.2 確定屋面所需的最小熱阻值

屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層的設(shè)置目的，一是減少車間內(nèi)熱量的散失，節(jié)約能源；二是防止具有一定溫濕度的車間內(nèi)表面溫度過低導(dǎo)致冷凝結(jié)露，影響車間內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境和建筑結(jié)構(gòu)安全等等。因此，按規(guī)范[6]，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最小傳熱阻進(jìn)行了限定，計(jì)算公式如下：

多層圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的計(jì)算公式如下：

其中，Δty為冬季室內(nèi)計(jì)算溫度與圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度的允許溫差，℃，當(dāng)不允許內(nèi)表面結(jié)露時(shí):

Δty=0.8(tn-td)。

由以上公式可得，屋面結(jié)構(gòu)中保證內(nèi)表面不結(jié)露的保溫層最小厚度為:

其中，a為圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差修正系數(shù)；tn，te，td分別為室內(nèi)溫度、冬季室外計(jì)算溫度、室內(nèi)露點(diǎn)溫度，℃；aw，an分別為屋面外、內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·℃)；λi，δi分別為保溫層以外的各材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2· ℃)和厚度(m)；Rk為除保溫層以外的屋面?zhèn)鳠嶙瑁?m2· ℃)/W；δ，λ分別為保溫材料厚度(m)和導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·℃) 。

根據(jù)以上公式，確定屋面所需的最小熱阻值計(jì)算如下：

本工程計(jì)算條件：

tn=30 ℃；te=0 ℃；td=16.9 ℃；

an=8.7 W/(m2· ℃)；

Δty=0.8×(30-16.9)；

a=1.0；

R0min=1.0×(30-0)/[0.8×(30-16.9)×8.7]=

0.329 (m2· ℃)/W。

按屋面在整個(gè)廠房熱阻的70%考慮，其屋面結(jié)露臨界熱阻為：

R0min=0.329/0.7=0.470 (m2· ℃)/W。

屋面構(gòu)造只要能夠滿足最小熱阻值的要求，就可以避免屋面結(jié)露。

3.3 確定硬質(zhì)玻璃棉系統(tǒng)的熱阻值

按照屋面構(gòu)造各層材料及相關(guān)計(jì)算參數(shù)：

1)PVC卷材導(dǎo)熱系數(shù)：δ1=1.5 mm，λ1=0.16 W/(m2· ℃)。

2)玻璃棉板面層增強(qiáng)板導(dǎo)熱系數(shù)：δ2=10 mm，λ2=0.109 W/(m2· ℃)。

3)40 mm+40 mm厚硬質(zhì)玻璃棉板導(dǎo)熱系數(shù)：δ3=40 mm，λ3=0.038 W/(m2· ℃)。

4)隔汽膜導(dǎo)熱系數(shù)：δ4=0.25 mm，λ4=0.16 W/(m2· ℃)。

5)外表面換熱系數(shù)：0.11 (m2· ℃)/W[4]。

6)內(nèi)表面換熱系數(shù)：0.04 (m2· ℃)/W[4]。

將以上參數(shù)代入公式計(jì)算出熱阻值：

R0=0.001 5/0.16+0.010/0.109×2+0.040/0.038×2+0.000 25/0.16+0.04+0.11=2.45 (m2· ℃)/W。

本屋面系統(tǒng)的傳熱系數(shù)為：1/2.45=0.408 W/(m2· ℃)。

防止結(jié)露驗(yàn)算：

tn=30 ℃；te=0 ℃；td=16.9 ℃。

R0>R0min。

根據(jù)R0=(tn-te)n×Ri/[Δty]推出:

Δty=(tn-te)n×Ri/R0=(30-0)×1×0.47/2.45=5.76 ℃。

屋面內(nèi)表面溫度為25 ℃-(5.76/0.8)℃=17.8 ℃>16.9 ℃(露點(diǎn))。

因此按上述方案和數(shù)據(jù)得知，廠房屋面內(nèi)表面溫度為17.8 ℃，大于屋面內(nèi)表面露點(diǎn)溫度16.9 ℃，屋面完全可以避免結(jié)露現(xiàn)象。

4 保溫層厚度優(yōu)化

4.1 30 mm+30 mm厚硬質(zhì)玻璃棉板

屋面內(nèi)表面溫度為25 ℃-(7.33/0.8)℃ =15.8 ℃<16.9 ℃(露點(diǎn))。

計(jì)算結(jié)果是不能避免結(jié)露。

4.2 50 mm+50 mm厚硬質(zhì)玻璃棉板

屋面內(nèi)表面溫度為25 ℃-(4.74/0.8)℃ =19.1 ℃>16.9 ℃(露點(diǎn))。

計(jì)算結(jié)果是能避免結(jié)露，但材料厚度偏厚，過度保溫不經(jīng)濟(jì)。

因此，根據(jù)以上3，4種不同保溫層厚度計(jì)算數(shù)據(jù)得知，選用40 mm+40 mm厚硬質(zhì)玻璃棉板最為合理。

5 結(jié)語

卷煙工業(yè)廠房結(jié)露的解決不僅僅是單純的屋面保溫問題，還需要同時(shí)從建材的選擇、工藝布置、采暖、通風(fēng)等各個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，才能從根本上杜絕結(jié)露，滿足廠房使用功能、達(dá)到最佳節(jié)能效果、保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的安全等等。

[1] 李慶富.工業(yè)建筑防結(jié)露設(shè)計(jì)[J].工業(yè)建筑,1990(5)：18-23.

[2] 馬富芹,周義德,高 龍.輕鋼結(jié)構(gòu)屋面熱濕特性分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2008(11)：292-296.

[3] 劉邦俊，羅 航.柔性屋面系統(tǒng)在工業(yè)建筑節(jié)能中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能，2013(4):49-51.

[4] GB 50176-1993，民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[M].北京：中央文獻(xiàn)出版社，2003：4.

[6] GB 50019-2003,采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

The research and application of anti-condensation technology in cigarette industrial factory building roof

LIU Bang-jun

(ShifangBranch,SichuanTobaccoIndustryLimitedLiabilityCompany,Shifang618400,China)

According to the building interior condensation, serious impacted on its use function, this paper researched the anti-condensation technology of using rigid glass panel flexible level system, through the analysis and calculation on condensation temperature and minimum thermal resistance and insulation layer thickness, to prevent the layer condensation.

surface dew, dew point temperature, flexible roof, prevent condensation

1009-6825(2014)13-0210-02

2014-02-27

劉邦俊(1966- )，女，工程師

TU201.5

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