某宾馆游泳馆结露问题的综合治理

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简介： 本文首先提出了影响结露的几个因素，然后文章计算了在原设计空调运行工况下，通过外墙、屋顶、外窗及排风机的散热量以及在此散热量下外墙、屋顶、外窗的内壁温度，通过与露点温度比较得出房间内壁会产生结露。本文从几个方面提出了综合治理的措施，计算了外墙、屋顶在不同的富余温度（即内壁温度与露点温度的差值）下，所需要的保温层（包括岩棉与挤塑板）厚度以及相应的散热量，并绘出了富余温度与保温层厚度的关系曲线。对外窗，计算了增加单框双玻之后的散热量及外窗内壁温度。此外，本文还提出了屋顶风机变频控制及加装散热器等综合治理。文章最后，从技术、经济性、施工难度等几个方面考虑提出了该室内游泳馆防结露的最终措施。
关键字：结露 保温 富余温度

0 引言

0.1 结露现象的原因及危害

室内游泳馆结露问题是普遍存在的问题，结露问题主要发生在冬季或霉雨季节，当建筑物室内表面（包括屋顶、天棚，内墙、其它结构面及地面等）的温度低于室内空气的露点温度时，就会在其表面产生水蒸气凝结而形成水珠。结露会引起严重的后果。首先，结露会影响建筑物的美观。其次，结露会加速建筑材料的破坏，使装饰材料发霉、变质，加速金属物品的锈蚀老化，对建筑物的使用功能影响很大。所以必须要采取措施，避免结露现象的发生。

0.2 影响结露的主要因素

产生结露现象的表面原因是由于内壁温度低于露点温度，以致墙体内壁、窗内表面等产生结露现象,而其本质影响因素主要有以下几点：

（1）相对湿度

相对湿度是导致游泳馆结露的一个重要因素，相对湿度高，水蒸气的分压力就大，露点温度就较高，就会使得室内温度与露点温度之间的温差较小，这样如果在相同的空调热负荷下，为了防止内壁结露就要增加围护结构保温层的厚度，大大提高了施工的造价，所以在设计中一般要求相对湿度要低于75%，而对于本工程来说，由于是改造项目，受原设计的制约，室内相对湿度达不到国家规定的设计要求，但也要控制不大于85%。

（2）通风量

通风量主要是指排风量，理论上说，排风量应该等于向室内提供的新风量，即用含湿量较小的室外新风来降低房间内的相对湿度。但是，当排风量较大时，要求空调的负荷也应该较大，如果空调的负荷不足，势必会造成室内温度较低；反过来说，当排风量较小时，新风量也就较小，就不能有效的降低室内的相对湿度，也会引起房间内的结露。所以说，有效的控制室内的排风量可以控制室内所需要的热负荷，进而在防止房间结露的前提下可以降低日常运行的费用。

(3)热负荷

由于房间结露的原因是由于壁面温度低于露点温度，所以通过增加空调负荷以及其使用他形式的加热方式，并且与降低相对湿度，增大通风量等措施相结合，可以提高室内温度，进而提高内壁温度，达到防止结露的目的。

1 工程概况及室内参数

1.1 工程概况

该游泳馆总建筑面积384m²，共有3面外墙，外墙为240mm砖墙，外墙总面积364m²；外窗为单框双玻，总面积48 m²；屋顶为混凝土外加5cm苯板保温，屋顶总面积为360m²，室内游泳池面积为140m²。围护结构的传热系数如表1所示。

外墙

外窗

顶

面积（m²）

364

48

360

传热系数（W/m².℃）

2.01

3.26

0.7174

该游泳馆空调系统为全空气系统，新风经处理后与回风混合，由空调机组处理后送入游泳馆内提供所需的热量和风量。空调系统总送风管尺寸为1000×600mm²，在游泳馆内距离墙2m处顶部沿墙四周布置有20个1500×150mm²条缝型送风口，回风口与送风口平行布置，风口尺寸1500×150mm²，共15个。空调系统的总送风量14400m³/h，为有效的降低室内的相对湿度，控制新风量，配合此系统在屋顶安装了一台排风机，排风机的排风量为2700 m³/h。由于冬季室内温度较低，为提高室内温度，在游泳池内加装162kw加热器，通过加热池水，使得水温高于室内温度，利用这种办法来提高室内温度。（在后面的分析中可以看出，此种方法会增加墙体结露）

1.2 冬季原运行空调计算参数

该室内游泳馆原运行工况下，冬季室内温度21℃，室内相对湿度90%，室外计算温度与室外计算相对湿度可以查阅文献[1]。排风量为2700 m³/h。具体空调计算参数如表2所示。

空调计算参数

Tn（室内温度）

Tw（室外温度）

Φn（室内相对湿度）

Φw（室外相对湿度）

Gp（排风量)
（m³/h）

数值

21

-9

90％

60％

2700

根据表1、表2所给的建筑热工特性以及空调计算参数可以计算出在原运行条件下，通过围护结构以及排风机由室内散失的热量，其计算结果见表3。由表3可以看出，虽然屋顶与外墙的面积相差不大，但是由于屋顶加了5cm厚的苯板保温，使得由屋顶散失的热量要大大低于由外墙散失的热量。由表3还可以看出，虽然在冬季只开了一台屋顶风机，但通过排风机散失的热量占总散热量的2/3，所以排风负荷是房间内的主要热负荷。

Qwin（通过窗的散热量kw）

Qwall（通过墙体的散热量kw）

Qc（通过屋顶的散热量kw）

Qp（通过排风机排出的热量kw）

Q（总散热量kw）

4.7

21.9

7.8

62.8

97.2

在表2的室内计算参数下，查焓湿图可以得出游泳馆的露点温度为19.3℃，此时根据表3计算所求出的通过屋顶、窗、墙体的传热量可以计算得到此时游泳馆内的各壁面温度，计算结果如表4。

项目

Tbc(窗内壁温度)

Tbq（墙体内壁温度）

Tbd（屋顶内壁温度）

Tl（室内露点温度）

温度（℃）

9.78

14.1

18.5

19.3

由表4可以看出Tbc与Tbq、Tbd温度都低于露点温度，所以窗、墙以及屋顶都会结露，因此必须采取防结露措施。具体的防止结露的措施可以采用围护结构加保温材料以降低传热量，提高内壁温度；增加室内供热量；减小游泳池水的蒸发量，降低室内湿度；增加排风量，以含湿量小的新风降低室内相对湿度，具体的措施见以下分析。

2 防结露综合措施的技术方案

2.1 游泳池水温的控制

由于游泳馆水面占的比例很大，而室内的湿度是影响游泳馆结露的一个重要因素，所以控制水面温度进而控制由水面向室内的散湿量是室内防止壁面结露的一个必要措施，下面计算在不同温度下由水面向空气侧散发的水蒸汽量。

由蒸发量公式（公式中各参数见参考文献[2]）：

（1）

在冬季工况下，原运行工况下室内温度T_n＝21℃，水温T_水＝29℃，室内相对湿度φ_n＝90%,由公式（1）计算可得水面向室内的散湿量ω＝43.6kg/h；而如果通过墙体保温以及提高室内热负荷等措施将室内温度提高到T_n＝29℃，φ_n＝85% ,同时降低水温T_水＝27℃，此时计算得到水面向室内的散湿量ω＝1.5kg/h，计算结果见表5。由此可以看出，当水温较高时，特别是当池水温度高于室内空气温度时，水面向空气侧的散湿量要大大高于水温较低时的散湿量。散湿量大，必然会导致室内的相对湿度偏高，进而使得在相同的室内温度下，室内的露点温度要高。因此，在做墙体保温时，就需要增加墙体的保温层厚度，这样就必然会提高工程造价。所以，在原运行工况中通过加热游泳池水温来提高室内温度是不可取的。

参数

T_n（℃）

φ_n

T_水（℃）

ω（kg/h）

原运行工况

21

90

29

43.6

整改后的工况

29

85

27

1.5

2.2 围护结构的保温

为了提高室内的温度，减小室内外的传热量，提高内壁温度，防止结露，必须要对墙体、屋顶、窗等进行保温，根据实际情况，对于墙体与屋顶挑选了2种保温材料：岩棉与挤塑板。对于外窗在原有单框双玻的基础上，再加一层单框双玻。

室内主要设计参数及其要求如表6所示

主要参数

Tn（℃）

Tw（℃）

Φn

Tl（℃）

数值

29

－9

85%

26.3

2.2.1 墙体

2.2.1.1 挤塑板内保温

为了达到较好的防结露效果，内壁温度Tb需 要大于露点温度Tl 1～2℃（此温度称为富余温度），根据实际情况，计算了富余温度为0℃、0.5℃、1.0℃、1.5℃、2.0℃五种情况下所需的保温层厚度，并加以分析，以得出最佳方案。

Tb＝Tl，（Tb为内壁面温度，Tl为露点温度）此种情况是防止内壁结露的最低要求，在此情况下计算出的保温层厚度是防止内壁结露的最小要求厚度，如果保温层厚度低于此值，则内壁会结露。

计算过程如下：

当未保温时墙体热阻R＝0.356m²·K/W,保温之后R′＝ΔT/[αn·(Tn－Tnb)]＝1.62 m²·K/W,所以保温层厚度δ₀＝λ（R′－R）＝3.6cm。保温后通过墙体的传热量Qw＝（Tn－Tw）F/R’=8.54KW；同理可以求出其余四种情况下所需保温层厚度与通过墙体的传热量[3]，其计算结果总结如表7所示。保温层厚度与富余温度的变化关系如图1所示。

富余温度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保温层厚度（cm）

3.6

4.7

6.4

9.5

17.1

保温后传热量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

由图1及表7可以看出，富余温度越大，需要的保温层厚度就越厚，而且随着富余温度的增加，保温层厚度增加的曲线就越陡。比如当Tb－Tl＝0.2℃时，保温层厚度需要4cm，而当Tb－Tl＝1.8℃时，保温层厚度需要13cm。但是，富余温度如果取的过小，则当房间内气温波动时，会很容易结露。所以，合理的选择富余温度，对降低工程造价、保证游泳馆内不结露都是非常重要的。

　
　　　图1 富余温度与保温层厚度的变化曲线(挤塑板，墙体） 图2 富余温度与保温层厚度的变化曲线(岩棉，墙体)

2.2.1.2 岩棉外保温

使用岩棉外保温在不同富余温度下保温层厚度与散热量见表8，富余温度与保温层厚度的曲线关系如图2所示。由图1与图2可以看出，由于岩棉的导热系数λ＝0.0355W/(m·K)，要大于挤塑板的导热系数，所以在相同的富余温度下岩棉所需的保温层厚度要厚一些。比如当Tb－Tl＝0.5℃时，岩棉的保温层厚度需要5.8cm，而在相同的富余温度下，挤塑板的厚度为4.7cm；当Tb－Tl＝2℃时，岩棉的保温层厚度需要20.9cm，而在相同的富余温度下，挤塑板的厚度为17.1cm。

富余温度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保温层厚度（cm）

4.5

5.8

7.9

11.7

20.9

保温后传热量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

2.2.2 屋顶

屋顶的计算方法与墙体计算相似，只是由于原设计屋顶外加了5cm的苯板保温，所以在未加保温时，屋顶的传热系数较小，K＝0.7174W/(m²·℃)，因此屋顶需要的保温层相对于墙体来说要薄些。

为了与墙体保温相比较，在计算中也采用富余温度0～2℃分别加以分析。

2.2.2.1 挤塑板内保温

表9为在不同富余温度下为了防止屋顶内壁结露所需要的保温层厚度以及在相应的保温层厚度下的散热量。富余温度与保温层厚度的变化曲线如图3所示。

富余温度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保温层厚度（cm）

0.7

1.7

3.4

6.5

14.1

保温后传热量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

图3 富余温度与保温层厚度的变化曲线（挤塑板，屋顶）　图4 富余温度与保温层厚度的变化曲线（岩棉，屋顶）

2.2.2.2 岩棉外保温

表10为在不同富余温度下为了防止屋顶内壁结露所需要的保温层厚度以及在相应的保温层厚度下的散热量。富余温度与保温层厚度的变化曲线如图4所示。

富余温度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

保温层厚度（cm）

0.8

2.1

4.2

8.0

17.2

保温后传热量（kw）

8.54

6.97

5.38

3.80

2.22

通过对屋顶在不同富余温度下需要的挤塑板、岩棉保温层厚度以及传热量的分析可以看出，由于屋顶的传热系数较小，所以在相同的富余温度下，需要的保温层厚度要比墙体的薄。又由于墙体与屋顶的面积几乎相等，所以当室内状态到达平衡时，通过外墙的散热量与通过屋顶的散热量也基本相等相等。

2.2.3 窗

窗的保温形式是在原双层玻璃的基础上再加一层单框双玻，这样窗的传热系数K由3.26W/(m²·℃)降为1.75W/(m²·℃)，传热系数降低，就可以减小通过窗的传热量，减小房间热负荷。通过窗的传热量经计算得到Qc＝3.2KW。

2.3 总负荷分析及其它相关措施

2.3.1 负荷分析

冬季，游泳馆内的失热量主要由四部分组成，即通过外墙传递的热量、通过外窗传递的热量、通过屋顶传递的热量以及由屋顶排风机排出的热量（内墙与内窗可以看作是绝热来处理）。而游泳馆的得热量现存情况下主要是由全空气空调系统以及游泳池散热量取得。

由于排风机排风所散失的热量为Qp＝GρΔi＝82KW。在不同的富余温度下，游泳馆的总散热量如表11所示。

富余温度

Tb＝Tl

Tb－Tl＝0.5℃

Tb－Tl＝1℃

Tb－Tl＝1.5℃

Tb－Tl＝2℃

Q（总负荷KW）

102.3

99.1

96.0

92.8

89.6

由以上计算可以看出，游泳馆内的总负荷主要取决于排风负荷的大小（占总负荷的80％以上），因而可以考虑通过控制排风机的频率控制游泳馆内的排风量，进而可以控制馆内的总负荷，以使馆内温度达到设计要求。

2.3.2 其它相关措施

在冬季，现有空调系统能够提供的总热负荷为Q＝GρΔi＝80.4KW。以Tb－Tl＝1℃为例可以看出此状态总散热量为96KW，空调能提供的负荷不能满足设计要求，所以必须在游泳馆内加采暖装置。所加采暖负荷经综合考虑经济、技术、安装等因素最终确定整改方案中采用散热器沿墙布置，这样布置的优点是可以使用散热器首先加热沿墙体的空气，这样就可以提高内壁温度，有效的防止结露现象。

本设计还考虑采用屋顶风机加变频措施。由于游泳馆内的散热量主要是由于排风负荷引起的，所以排风量的大小决定了房间内所需负荷的大小。由于游泳馆内湿度过大，需要通过补充大量的新风来降低室内湿度，所以排风量的选取是非常重要的。游泳馆结露一般发生在冬季以及霉雨季节，而在一年中的大部分时间，是不会发生结露现象的，特别是如前文所分析当采用了围护结构保温以及加装采暖措施之后，在大部分时间馆内是不需要排风机满负荷运行的，如果对排风机加装变频措施，在夏季、春秋季节以及冬季部分时间采用较小排风量，可以有效降低排风耗电量，同时由于排风量的减小，可以大大减小空调热负荷，其节能潜力巨大。

3 方案选择

3.1 墙体及屋顶保温

就两种保温方案而言，在达到相同保温效果的条件下，岩棉外保温材料造价较低，但其施工费用较高，其综合造价大致在150～180元/m²（含材料、施工）左右，而且施工时会破坏建筑物的外观；挤塑板内保温施工周期短，施工难度较小，综合造价大致在200～220元/m²左右。综合保温性能、施工难度、造价、施工周期及面层处理等各方面因素，最终选用“挤塑板内保温”方案。

由前面保温性能与厚度、室内温度、墙面富余温度的关系，最终使用6cm挤塑板作为墙与屋顶内保温主材。保温后墙体与屋顶的各项参数如表12所示。由于保温后的内表面为27.2℃，大于此工况下的露点温度26.3℃，所以墙体与屋顶不会结露。

富余温度（℃）

散热量（KW）

内表面温度（℃）

墙

0.9

5.7

27.2

屋顶

1.4

4.1

27.7

3.2 窗的保温

采用在原单框双玻的基础上，再加一层单框双玻的方案。此时的传热量Qc＝3.2KW。保温后，窗玻璃的内表面温度经计算得Tb＝21.4℃，而此时游泳馆内的露点温度为26.3℃，Tb<Tl，所以窗上仍会结露。由于受到现场情况以及价格的制约，不可能再加玻璃或其他保温措施，所以窗的结露问题是不可避免的，但是由于玻璃是不会腐蚀的，因此可以采取利用导管将积水导出的方法来解决窗面结露的问题。

3.3 加装采暖装置

在现有热源的基础上，利用高温水或空调水系统加装一套散热器采暖系统，保温后需要热负荷为18KW，散热器沿墙布置，这样可以起到加热墙体的作用。

4 小结

室内游泳馆内墙结露是普遍发生的问题，本文针对某室内游泳馆结露现象进行了原因分析，提出了几种解决方案，通过对几种方案的计算分析，进行了最终方案的优选。同时本文对解决游泳馆结露问题具有通用意义。

参考文献：

1 陆耀庆主编，实用供热空调设计手册，中国建筑工业出版社，1993

2 陆亚俊马最良等编著，暖通空调，中国建筑工业出版社，2002

3 赵荣义范存养等，空气调节（第三版），中国建筑工业出版社，1994