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建筑物湿度控制
在设计建筑物围护结构时, 与其相关的机械系统, 温度, 湿度, 降水和室内气象条件这些因素往往被忽略了, 人们的注意力可能更多的放在了建筑物的外观及造价上, 而并非性能。
极限条件的定义( 限制条件) 在建筑物的耐久性中起着关键的作用。在结构工程中, 负荷和负载阻力被认为是限制条件, 如被指定的挠度。
类似的方法也适用于防潮工程。降水, 温湿度和室内气候都被认为是环境负荷的主要限制条件, 如腐烂, 腐朽, 霉变和腐蚀。
防潮工程使用了一种迭代和跨学科的系统方法来制定绩效指标用以达到湿度参数的目标。

图表1: 北美洲湿热地区
环境负荷
湿热地区, 多雨地区和室内气候的环境负荷级别被应用于防潮工程建筑的围护结构和机械系统。图表1和图表2分别说明了北美洲湿热地区和多雨地区的分布。表格1描述了室内气候级别。

湿度平衡
当水分凝结率超过除湿率的时候水分在建筑物维护结构中积累。当水分积累超过构件储水能力而非性能的显著降低或较长的使用寿命时, 潮湿问题出现。材料中的水分存储能力取决于时间, 温度和材料的特性。
水分的存储能力是决定性能的关键因素。考虑下列三个例子: 一个木结构墙体, 一个钢结构墙体和一个砌石墙体。
在外部用木材为基础护套的框架墙里, 木材能够牢牢的锁住水分, 直到水分的含量超过本身重量的16%( ”木材表面霉菌极限”) 。木材的平衡含水率, 接触到了80％表面霉菌极限的相对湿度。在大多数气候条件下, 多数木质材料按重量来平衡一个大约5％至6％的水分含量。表面霉菌极限和典型外部木结构墙的平均水平之间的差异是占重量约10%的水分含量。换句话说, 水分存储容量或者外部用木材为基础的木框架墙的吸湿缓冲能力约为10%。如果按重量超出约16％的水分积累, 木材表面有可能滋生霉菌。
在一般家庭, 大约有4000到5000磅( 1814至2267公斤) 的木材用于外墙。这会产生一个约400至500磅水容量( 121至226公斤) 或约45到50加仑( 170至189大号) 的吸湿缓冲区。从性能的角度看, 平均每个家庭能够经过吸湿再分配轻松的容纳45到50加仑( 170到189升) 的水。因为木材的这种大容量蓄水性能, 大多数的漏水都不再是问题。
当外墙构造是钢结构和石膏覆层结构是这种性能就有很大的不同了。钢结构没有蓄水能力。石膏覆层结构能够在霉菌繁殖之前储存约自身重量1%的水分含量。一般的家庭建筑用钢结构和石膏覆层结构能够形成一个拥有5加仑( 19升) 吸湿能力的缓冲区。在这种类型的结构中, 最小的渗漏也会导致出现问题。
相比之下, 能够考虑砌筑外墙和砖石覆层的一定大小的住宅。这样的结构产生了约500加仑( 1892升) 吸湿能力的缓冲。
平方英尺( 182平方米) 的住宅的吸湿缓冲能力

钢结构
石膏覆层结构
大约5加仑( 19升)
木材结构
木材护板结构
大约50加仑( 189升)
砌石墙
大约500加仑( 1892升)
构件内水分积累的数量是经过能量的流动来影响构件的。一般情况下, 更好的保温能够增加水分在构件内停留的时间。停留时间——或者干燥时间——应该越短越好, 避免潮湿问题的出现。建设高度绝缘的用石膏包裹的钢结构构件式防潮工程的重大挑战之一。该构件结合了两种危险的特性: 干燥时间缓慢和吸湿缓冲能力差( 低安全余量) 。因此, 即使很少量的水分也会导致问题的出现。
湿度控制
能够实施很多种方案, 尽可能的降低水分损失的风险。有以下三种方案:
1. 控制水分的进入,
2. 控制水分的积累, 和
3. 除湿。
这些都是最好用的组合方案。然而, 如果建筑物构件已经开始潮湿, 这些有效控制水分进入的方案往往就不能发挥它的作用了。实际上, 这些方案对水分的控制室不利的。有一种技术, 能够有效地防止水分进入了一个构件, 也可能是有效的防止水分留在一个构件。相反的, 有一种技术能够有效的除去水分, 也可能有效的让水分进入构件。在水分进入和出去水分之间做到平衡是许多构件的关键。
最有效的湿润途径是液体流动和毛细管吸入。地下水和雨水是水汽的来源。建设者和设计者一心一意的去控制地下水进入低坡度和雨水进入高坡度。空气传播和水汽扩散对于湿润的构件来说贡献不大。所有的这些途径都能够导致与湿度相关的建设问题。
所有的水分运动, 和任何与水分相关的问题, 都来自一个或多个这样的途径。
历史上, 湿度控制的成功做法一般遵循这些策略: 防止建筑物构件和表面从外部得到水汽; 防止建筑物构件和表面从内部得到水汽; 如果建筑物构件或者其表面已经潮湿, 或者开始潮湿, 就该让她们干燥。
建筑物构件在任何一个气候区里都能够从外部的液体流动和毛细管吸入( 雨水, 露水和地下水这些水汽来源) 中得到湿润。据此, 液体流量和毛细吸管的控制技术在各种气候条件下都是相似的而且是能够互换的。
然而, 建筑物构件以不同的方式从空气流动和水汽扩散中得到水分取决于气候和一年中的某个时间。因此, 空气流动和水汽扩散的控制技术在每个气候地区都是不同的而且很少有不同区域之间能够互换的。
空气流动和水汽扩散移动的水分从建筑物围护结构的内部和外部扩散进入围护结构。这个比率取决于水分的峰值和围护结构的内部条件。设计者和建设者往往忽略了这个事实。就会经常发生”冷”气候围护结构的设计使用在了”温暖”气候地区。加热和冷却时间延长的发生使得建设者和设计者的设计条件更加混乱了。

所有气候的总体策略
建筑物构件需要经过对流传质和水汽扩散来保护。典型的方案是利用防潮层, 空气障碍, 气压控制, 并经过通风和除湿控制室内湿度水平。当地的气候和季节决定汽密层和防潮层的位置, 加压与减压, 通风与除湿。
湿空气一般从温暖地区流向寒冷地区( 热梯度驱动) 而且从湿度地区流向低湿度地区( 密度梯度驱动) 。在寒冷气候地区, 水分从内部经过围护结构流向外部。在热带气候地区, 水分从外部经过围护结构流向冷却的内部。
寒冷气候
在寒冷的气象条件, 而且在采暖期间, 建筑物构件需要保护从室内得到的水分。因此, 汽密层和防潮层适用在室内温暖的表面。因此, 空调区域应该经过使用控制通风( 稀释) 和来源控制来维持相对较低的水分含量。
在寒冷气候中, 我们的目标是使建筑物构件尽可能难的从室内得到湿量。第一道防线, 是室内汽密层, 室内的防潮层。其次是经过通风( 与外部的空气稀释) 和来源控制, 以限制内部的湿度。因为建筑物构件可能变得潮湿, 如果变得潮湿, 建筑物构件也应该设计允许她们变干燥的容忍度。在寒冷的气象条件, 而且在采暖期间, 室外空气会使建筑物构件得到干燥。因此, 渗透性( ”透气”) 的材料就被用于外部覆层。
因此, 在寒冷气候地区, 在建筑物构件内部安装汽密层和防潮层。然后, 经过外部安装的透气性材料让建筑物构件得到干燥。

热带气候
炎热和潮湿的气候条件下,潮湿的天气和冷却周期呈现相反的挑战。建筑物构件必须保护从外部得到的水汽, 而且必须允许外部的干燥。因此, 汽密层和防潮层被安装在建筑物构件的外部。另外, 建筑物构件必须允许使用可渗透内墙装饰和安装空腔绝缘材料( 无衬玻纤板或吹纤维素和岩棉) 使室内干燥, 而非防潮层。避免室内墙面繁盛任何渗漏, 比如乙烯基的墙纸。另外, 空调空间经过空调系统( 除湿) 维持在一个轻微的正压来限制室外潮湿空气的侵入。

混合气候
在混合气候地区, 情况就变得复杂多了。建筑物构件不但要防止从室内外得到湿量, 而且必须允许外部和内部的干燥。两个策略一般见于:
1. 在建筑物构件内外表面采用透气性建材流动的方法允许水蒸气经过流过建筑物构件扩散, 不在构件里聚积。流动将会经过供热期间从室内到室外, 经过冷却过程从室外到室内。这个方法同时要求气压控制和室内湿度控制。汽密层层的位置能够对着室内( 室内密封石膏板) , 或者对着室外( 室外密封层或建筑物覆层) 。
2. 防潮层大概安装在建筑物构件的”中间”。这一般是经过在外部的空心墙结构中安装不透水或者半透的外部保温覆层来实现。比如, 在外部有玻璃纤维面层保温覆盖的2*6的空心墙结构上安装1.6英寸( 37mm) 的绝缘箔面覆层( 约R10) 。防潮层是有不透水保温覆层外墙的内表面。如果墙构件的总热阻是R29( R19+R10) , 防潮层的位置是朝向外墙66%的位置。也能够使用气压控制和室内湿度控制的方法。汽密层的位置能够朝向外部也能够朝向内部。
这堵墙的构件的优势是内部的防潮层是没有必要安装的。实际上, 防潮层的位置是不利的, 因为它会防止内部墙体在冷却过程中的干燥。安装了内部防潮层的墙体构件比没有安装的有更高的容忍度。

对防潮工程的一般性规范意见
土壤表面应该从低等级的建筑物围护结构中分开来;
紧挨着低等级表面材料的围护结构应该独立排水并应经过过滤工具与路基排水系统连接起来以保护好的排水系统的建设。
为防止地表水排入紧挨着低等级围护结构表面的自由排水材料中, 应该安装一个粘土帽或者其它的防水材料层。
低等级表面应该提供防潮涂层用它来有效的作用于毛细管的破裂。
表面收到雨雪风力的影响, 应该设置排水平面以防止雨水侵湿内部材料。
室内露点温度应维持低于建筑物维护机构汽密层的表面最低温度。
室内相对湿度应维持低于室外测量最低表面温度的70%。
建筑物围护结构构件表面应该最少包括一个汽密层和一个吸湿层或者防潮层。
爬行空间构件应该有一个既能够作为汽密层又能够作为防潮层的不透水的地面覆盖物。
寒冷气候的要求
防潮层向着建筑物构件的内部。避免其朝向外部。
表面凝结温度被控制在加热的条件下的地方应该在外部使用低渗透率的材料包裹( 使用绝缘覆层, 外墙保温) 。
使用气密系统防止空气从内部进入外墙和屋顶。
使用第二层汽密层限制风从外部侵入。
在采暖季节中最冷的阶段, 保持室内露点温度低于35华氏度( 2摄氏度) 。
阻碍和缓冲
防潮材料和吸湿缓冲材料
一般见于表征材料透湿的测量单位是”perm”。在透过性的基础上材料能够分为三个级别。
水汽防渗透——简称为防潮层
小于等于1perm
水汽半渗透——简称为吸湿缓冲层
大于1perm小于10perm
水汽渗透——简称为透气层
大于10perm
一般级别的防渗透材料有: 橡胶膜, 聚乙烯薄膜, 玻璃, 铝箔, 金属板, 油基涂料, 乙烯墙纸铺装, 还有铝箔表面的绝缘外壳。
一般级别的半透膜材料有: 胶合板, OSB板, 膨胀聚苯乙烯( ESP) , 表面可见纤维的异氰尿酸盐, 重沥青墙纸, 纸和橡胶面的玻璃纤维保温页岩, 还有大部分的乳胶漆。
一般级别的透水材料有: 未上色的石膏板和灰泥, 光面的保温玻璃纤维, 保温纤维素, 未上色的灰泥, 轻量级的沥青填充建筑用纸, 沥青纤维板, 室外石膏盖板, 水泥盖板, 还有”房屋包装材料”。

汽密性和透气缓冲性
物理和化学性质区别于其它材料的是抵抗气流和气压的能力。汽密层一般是完全封闭建筑物内空气的材料。孔, 开口和围护结构透过性是气密系统连续性的一个关键的性能参数。
汽密层必须能够抵挡气压变化对她们的影响。硬质材料, 如石膏板, 外部覆层材料, 如胶合板, OSB, 和安装”housewraps”薄膜的外部覆层是有效的的支持空气的阻隔, 如果她们的接缝是密封的。她们的刚性帮助她们抵抗气压的差异。为了创造一个空气阻隔系统, 橡胶或者沥青基膜一般被粘附在砖石或者覆层材料上。这些橡胶或者沥青基膜也是防渗透的而且也因此是汽密层。
并非所有的汽密层都是防潮层, 并非所有的防潮层都是汽密层。
汽密层一般定义在围护结构”压力边界”的位置。压力边界被定义在跨过构件发生空气压力下降50%或更多的地方。
材料或者能够降低或控制气流但不抵挡跨构件空气压力下降50%及以上的系统被称为空气缓冲器。允许使用在建筑物中潮湿的材料从外部得到干燥。

混合气候的要求
经过”气体流通”的方法使水汽扩散得到控制。
使用低渗透率外部覆层的地方, 在采暖条件下表面冷凝温度和室内渗透压都应该得到控制( 使用绝缘覆层, 外墙保温) 。
提供汽密层系统限制来自室内的空气流动。
提供汽密层系统限制来自室外的空气流动。
在采暖季里最冷的时段保持室内露点温度低于40华氏度( 4摄氏度) 。
在供冷的季节里, 保持室内露点温度低于55华氏度(13摄氏度)。

热湿环境要求
空气在压力条件和间隙中被干燥至低于露点温度55华氏度(13摄氏度)。
防潮层朝向室外的建筑物构件。避免防潮层朝向室内的建筑物构件, 比如乙烯墙纸层。
提供汽密层系统, 限制来自室外的空气渗入和冲刷。
设置空调设备大小时, 在部分负荷条件下提供足够的除湿能力。
据之前的介绍, 除湿使得空气趋向露点温度55华氏度(13摄氏度)。
保持室内露点温度低于55华氏度(13摄氏度)。
保温冷水管道和冷风管配电系统。
不要在室内发生过度冷却。
设计一种能使采用湿润和潮湿材料的建筑物室内干燥的外墙。
参考书目
Hutcheon,N.E.1953.”建筑物外墙设计的基本考虑” Engineering Journal 36期 687-698页。