钢结构纺织厂房屋面防冷凝结露技术应用

叶伟莉

摘 要：随着经济的迅猛发展，具有“绿色建筑”美誉的轻钢结构作为一种建筑体系，以其施工速度快、抗震、绿色环保、跨度大、基础造价低、外形美观等绝对优势在建筑行业中得到了广泛应用，尤其在新建或改建的纺织行业的应用也屡见不鲜，但鉴于纺织厂房高温高湿的环境和钢结构在保温保湿上的先天不足，导致部分纺织厂房在建设投产的同时或使用一段时间后，冬季屋顶局部或大面积结露的问题便凸显出来，甚至出现吊顶大面积湿润和滴水穿透，形成的水珠在车间无规则地滴落。对建筑、能耗、生产环境都诸方面都形成了不可避免的困扰或损失。因此，分析结露的成因，探讨适合我国北方尤其是冬季寒冷地区钢结构纺织厂房屋面防结露的设计方法和施工措施，是促进钢结构建筑在纺织行业得以发展应用的关键。

关键词：钢结构；纺织厂房屋面；防冷凝结露

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0021-02

1 冷凝结露对纺织厂的危害

在对北方地区某钢结构纺织厂房出现的冷凝结露问题调查后发现，时处冬季，室外温度在-15℃左右，室内温度约26℃，湿度大约为65%。见车间屋面和墙面有间隙性地水滴掉落，车间内的附房墙面粉刷受潮呈现发霉斑迹，厂房内的铁制小推车或货架开始出现锈蚀和老化，登上钢结构屋面，揭开出现问题的钢结构金属屋面板时看到原来干燥的玻璃棉保温层已吸满水分，潮湿的玻璃棉因其重量增加而在各檩条间出现下垂，个别地方因潮湿玻璃棉的重量超出其表层贴面的承载极限而出现了撕裂，根据现场情况分析得出，冷凝结露对钢结构纺织厂来说，直接导致了建筑本身的保温性能大幅度降低，保温效果的恶化，建筑内的热量散失和能量损耗，加速了建筑内其他装饰材料的发霉或变质以及金属物品的锈蚀和老化，从而对建筑物的使用功能造成较大影响。另外，冷凝水滴落对机器设备正常运行也造成危害，它大大增加设备维护保养和维修的频率，结露引起的屋面不规则滴水对生产环境造成严重影响，致使纺纱、织布、漂染生产线上的产品质量无法保证。生产无计划中断，经济损失严重，如图1。

2 屋面冷凝结露的成因分析

在轻钢厂房设计中，由于钢结构构件工业化生产的特殊性，钢结构设计往往由具备钢结构单项专业资质的钢结构厂家负责完成，而纺织专业设计院仅被委托设计钢结构的土建基础部分，另外，与常规招投标工程不同，轻钢结构工程项目中，钢结构厂家的工程投标往往是在施工图完成前进行的，而对纺织工艺技术具有丰富经验的专业设计院却并未参与厂房主体部分的结构设计，而专业纺织设计院也因为对各家钢结构厂家所独有的构造节点和材料特性不了解而无法对结构形式做出特定要求。这些在结构设计和工艺配置上的缺陷为冷凝结露问题埋下了隐患。

众所周知，冷凝结露是当潮湿空气的相对湿度达到一定值时，物体表面的温度低于露点温度时而形成露水。而纺织厂房的最大特点便是高温高湿，车间内温度因生产工艺需要一般控制在26℃左右，湿度在60%以上。北方地区冬季室外温度均在零下20℃左右，对轻钢建筑最具优势的围护结构来说，由于结构的某些部位没有被保温材料覆盖又或者覆盖的数量和质量不能满足热工要求，故当室内湿空气穿透保温层到达钢板的内表面时，建筑物室内表面（包括屋面、天棚、内墙及其他构件表面或地面等）的温度低于室内空气露点温度故在其表面达到饱和形成冷凝水

3 屋面抗冷凝结露技术应用

依据冷凝结露的成因分析，钢结构建筑抗冷凝结露技术措施的根本在于从源头隔断产生冷凝结露的媒介导体，消除屋面内外因屋面板、檩条、屋面连接件、自攻钉等作为传导体的温差区，使室内外温度差无法进行有效传递，是抗冷凝结露技术措施的关键。

纵观近年来各钢结构企业对防冷桥防结露的解决方案，其中较多工程的处理办法并未针对纺织厂房的特殊性对屋面节点设计作特殊处理，而仅仅在常规结构形式基础上靠增大保温棉厚度或选用强度更好的进口贴面起到隔离温度区并阻挡水汽的作用。但因其在檩条处受压所形成的冷桥而使其抗冷凝的效果均不尽人意。另外，建筑保温行业也曾推出有高强度保温檩条和保温螺钉，一定程度上改善了檩条的冷桥现象，起到了防结露的作用，但其投资成本增加明显，保温檩条的施工安装质量要求高并且难度大。有些钢结构企业也曾尝试在屋顶增设通风装置，用以排出车间内高温高湿的空气，此举虽能有效排除屋面的空气湿度，但使用过程的能耗消耗非常大。对企业生产成本控制不利。

我司针对我国北方寒冷地区的高温高湿环境开发实施了防冷凝结露的屋面系统方案，此应用技术获得中国专利产品号为：CN202787715U & CN202202463U。

3.1 密封型铺设的内衬板是阻止湿气渗透的有效手段

如图2所示，常规钢结构屋面系统的设计节点存在若干弊端，一是因屋面外板的固定连接件高度考虑受风吸力计算的限制，其允许最大保温棉厚度仅为100mm，少数直立缝浮动式屋面可以做到150mm。这对高温高湿环境的项目来讲保温棉厚度显然不足，保温性能不够；其二，在屋面板与檩条连接间距有限，造成保温棉被压扁，保温能力大大降低；另外，若将保温棉贴面用作防御湿空气进入屋面隔层区域，显然也无法达到理想效果，尤其是与檩条和屋面板相接的連接件，其位置因无法密封和热阻较小，潮湿空气会从这些位置进入屋面内导致保温棉吸湿失效。而受潮的玻璃棉因重量增大而致使玻璃棉贴面破裂而掉落，保温性能降低并造成恶性循环产生更多结露现象。

满铺密封型内衬板的做法是将屋面内衬板的安装位置由一般的檩条下安装改为自檩条上安装。在内衬板上再铺设一层防潮薄膜，这一措施具有如下几大优点：

有效阻隔了冷热空气的对流而引起的结露以及潮湿空气渗入玻璃棉而造成侵蚀；为保温棉铺设施工提供了方便，并保持了玻璃棉的完整性；相比较与高强度贴面的使用，内衬板更能起到承托高密度厚重保温的能力；即使在屋面外板处因温差较大偶尔有冷凝结露产生，内衬板非常好地起到了阻隔效果，避免了对下方设备和产品造成的影响；内衬板置于檩条上安装，避免了内衬板与梁交接无法密封的问题，也避免了隅撑穿过内衬板无法密封的问题；内衬板置于檩条上的施工，可以方便的在内衬板横纵交接处设置密封胶带，使屋面内衬板成为一个密闭的整体，并可在内衬板上放置隔气膜，彻底阻隔水汽进入保温棉；屋面内衬板的反射光线令室内更明亮，室内环境更美观。

在对新疆地区的项目实例应用跟踪结果得知，满铺型屋面内衬板的使用非常有效地阻隔了热湿空气进入屋面系统隔层区域，是抗冷凝结露的第一道防御层。此措施既可避免潮湿空气向上到达屋面外板附近较冷空气区域而结露，同时也避免了潮湿空气进入保温棉后导致保温棉丧失保温能力。

3.2 有效阻隔屋面板与檩条之间直接连接而导致的热传导

如上所述，常规屋面系统因受屋面连接件高度的限制，保温棉在施工中被压缩以及在连接点部位处屋面钢板与檩条之间的距离偏小，这是热工性能和建筑保温性能下降的重要因素之一，也是造成冷凝结露的关键点。

如图3所示，具体措施是在主檩条上方增加钢支架及次檩条，屋面外板与次檩条连接，双层保温棉分别铺设在次檩条的上下两边，这样，屋面实际檐高可比通常屋面系统（图2）的实际檐高高出160mm或210mm。例如，支架高度至200mm高时，两层保温棉总厚度可达到250～300mm。这一措施的结构特点是通过调整连接主次檩条的支架高度，增加了主檩与屋面板间距离，为使用双层以及较厚的保温棉创造了条件。既有效阻隔屋面板与檩条之间直接连接而导致的热传导，确保保温棉不受挤压而降效，同时次檩与檩条连接的支架数量较屋面连接件数量的大幅度减少而降低了冷凝结露的风险。

3.3 保温材料的合理选用

有效利用保温层的热工特性是提高建筑物传热阻的有效手段。在对整体造价进行控制的基础上，选择保温性能好，水蒸气渗透阻大的保温材料将对阻止冷凝起到事半功倍的效果。

20檩条与屋面板间距的增加，对采用厚型保温棉提供了基础，而保温材料的厚度与保温效果接近正比关系。保温玻璃棉厚度增加，热阻值明显提高，而成本却增加不大。而容重则不易选用过大，导热系数不宜过高，以免增加屋顶荷载。而且成本增加较明显。另外，屋面保温层不宜选用吸水率较大的保温材料，以防止屋面保温棉受潮后，降低保温效果。所以需要针对每一工程实际进行屋面保温结构最小厚度校核计算。保证必要的厚度和恰当的密度。表中罗列了最为经济有效的保温棉厚度选用搭配（表1）。

除了在内衬板上增加聚乙烯塑料膜外，还宜选用带有防潮贴面的保温材料，以减少潮湿空气进入保温棉，可采用进口特强防潮防腐蚀贴面，此类贴面以白色金属化聚丙烯膜，其水气渗透率仅为1.15ng/（V×S），具有强度高，渗透率低，防火性能好的特点。

保温玻璃棉的正确铺设也是抗冷凝结露的关键点，正确有效的办法是从檐口檩条到相应的屋脊檩条间，将保温棉沿垂直于建筑物檩条方向铺开，一般在屋脊处檩条上先沾上双面胶，将整卷保温棉就位到屋脊处，把外端头贴到檩条上，然后自然向下翻卷铺设，整卷保温棉完全铺开后，在下端最后一根檩条上沾上双面胶，适度拉紧后将保温棉贴在该檩条上。保温棉侧向连接要将相邻保温棉靠拢紧贴，将相邻保温棉侧面无保温棉的贴面向上贴合一起卷360°以上，再用订书钉钉牢；在铺设完成的第1层保温棉上，沿接缝处错开一定距离交叉铺设第2层保温棉。错缝搭接能确保最薄保温有效厚度要求，同样为了加强接缝处的密封防止水蒸气进入保温层在屋面板结露。必须对保温棉的接缝处需使用双面胶密封带予以180°对折后钉牢。

3.4 钢结构屋面与外墙檐口处的密封

钢结构屋面与外墙檐口处的密封也很重要，否则冷空气会通过檐口窜入吊顶内，造成延檐口屋面内侧结露，严重时会使延墙敷设的风管内侧凝水产生，沿风管法兰和风口滴水，具体措施是将防潮贴面在屋面与边墙相接处做高度不小于300mm的压边，并用专用胶纸将贴面与边墙紧密粘贴，以防止水汽渗入，压边上方檐口处用松散玻璃棉填實。

典型项目实例：新疆石河子地区某纺织厂，规模32000m2，屋面结构体系如上所述为MR24专利防漏型彩钢屋面板+增高型主次檩结构+150mm（16kg/m3）的玻璃棉+密封型满铺内衬板=TMR24屋面系统。尽管厂房运行环境温度为28℃，湿度70%冬季室外温度可达-20℃。但经过一个冬季的实际生产运行，未出现明显的结露尤其是水滴等现象。

4 结语

经过多个项目的实践证明，实用新型屋面系统中的各平面的钢架组合在一起，形成具有空间刚度和稳定性的建筑，可靠性高，有效降低成本，可以很好地提高屋面的密闭性能及保湿性能，具备更好的隔离效果，极大地改善了建筑物的内部环境，使保温、隔热、抗冷凝结露性能更加卓越。