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)逐步熱起來的浪潮。對(duì)于整幢建筑來說, 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20%,玻璃在其中約占70%以上, 而從節(jié)能角度來講, 整個(gè)建筑的能耗中, 通過門窗散熱能耗約占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。具體來說, 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)過程中, 如果密封膠中存在機(jī)械雜質(zhì)或涂膠過程中擠壓不實(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)中空玻璃在使用過程中, 通過擴(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, 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, 這不僅能帶來經(jīng)濟(jì)效益, 同時(shí)可以獲得更好的社會(huì)效益。
