欧伟强 郑胜林
广州江河幕墙系统工程有限公司 广东广州 511340
摘 要 本文在大量幕墙实际工程案例的基础上，研究了层间阴影盒玻璃起雾及霉变问题，深层剖析其发生的机理，通过送样测试及模拟试验，提出了从根本上解决此类问题的方案及建议，对幕墙设计，加工，安装具有参考价值。
关键词 幕墙设计；幕墙阴影盒；幕墙层间；层间玻璃；玻璃发霉；玻璃起雾
1 引言
玻璃幕墙作为商业建筑和地标性建筑的标配，越来越受建筑师及开发商的青睐。幕墙外观效果是幕墙设计的一个重点。幕墙层间阴影盒作为玻璃幕墙的重要组成部分，由于其构造上多了一层保温层背板，而阴影盒又是一个相对密闭的空间，这就增加了构造设计及加工组装的难度。据工程数据统计显示，地处热带、亚热带的幕墙工程，有出现阴影盒玻璃背部起雾甚至霉变的现象。如图1（1）所示，是香港某工程在投入使用后，阴影盒玻璃起雾，从室外看特别明显。图1（2）所示，是澳门某工程阴影盒起雾照片。由于起雾严重影响建筑外观效果，根据合同维保责任必须进行更换处理。如果这些出现问题的玻璃数量较多，就会产生巨大的维保费用，让幕墙分包单位“得不偿失”。
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（1） （2）
图1: 阴影盒玻璃起雾工程案例
2 层间阴影盒玻璃起雾及霉变现象
我们对工程数据进行了统计分析，发现起雾的阴影盒玻璃都是单层透明玻璃。我们的技术工程师对这些沾在玻璃面上的“白色物质”进行了进一步的调查分析，发现这些“白色物质”的成分不尽相同。“白色物质”的成分主要有两种，一种是水分（或水珠），俗称“起雾”，是一种水分在玻璃表面凝结停留的现象，玻璃擦干后可继续使用；另一种则比较复杂，外观如白色粉末，附着在玻璃表面非常牢固，无法彻底清理干净。我们将其取样，并送到实验室进行检测。检测报告显示，白色附着物颗粒质地细腻均匀，是一种良好的结晶体。晶体合成物与玻璃中的硅质相似，其主要化学成分也是硅质物质。由此判断，白色附着物的产生，可能是由于玻璃长期处于在温、湿环境下所发生的风化现象。而湿度和温度的高低波动及循环变化，加上空气中的二氧化碳等的相互作用，可能促进了这一风化作用的加速。图2所示为实验室的检测报告。
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图2：霉变物质化学成分检测报告
3 玻璃的起雾分析
根据工程维保数据统计，起雾的玻璃数量占大多数，因此我们先从起雾问题着手。我们在实际工程案例的基础上，对阴影盒内部产生水汽的机理做了详细的分析。首先从阴影盒构造的角度出发。这些工程上起雾的玻璃阴影盒，阴影盒腔体与外部之间，都设置通气孔，这是幕墙的一种标准化设计，这样有利于冷凝水的排出。然而在我们维保的过程中发现，有些通气孔被密封胶部分堵住或者完全堵住了，这就造成了腔体的通气不畅，使湿气积聚在阴影盒腔体内，无法消散，这就为玻璃起雾创造了基本条件。其次，从热工角度分析，玻璃起雾实质上是玻璃结露，而玻璃结露又跟腔体内的露点温度和玻璃内表面温度有关，由此衍生出节能玻璃的使用问题。
4 玻璃的霉变机理
我们知道，建筑玻璃是一种钠钙玻璃，其主要成分为SiO2，其次是 Na2O和CaO以及少量硅酸钠等。硅酸钠是一种可溶性硅酸盐，易溶于水。当水分附着在玻璃表面时，表面的硅酸钠被水解破坏，生成氢氧化钠和二氧化硅。这些析出的二氧化硅，就是我们试验观察到的结晶体。而水解而成的氢氧化钠又与空气中的二氧化碳发生化学反应，生产碳酸钠，附着在玻璃表面。碳酸钠吸水性极好，不易挥发，吸收水分后潮解形成碱性液体。当环境温度和湿度发生变化时，碱性液体浓度增加，这些相对高浓度的碱液与玻璃长期接触后，侵蚀了玻璃表面，从而形成“白斑”。如图3所示，描述了整个化学反应及产物的相互作用的过程。
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图3：霉变的化学反应过程推演
而随着昼夜温度的循环波动，水分在玻璃表面不断地蒸发，凝结，再蒸发，再凝结。如图4所示,这种循环往复的蒸、凝作用，加速化学反应的发生，最终产生霉变。
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图4：阴影盒内部蒸-凝循环作用
5 阴影盒模拟试验
我们为此做了一个模拟试验来探究玻璃起雾的根源，如图5所示为试验箱体。
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图5：试验箱体
本试验设置了27个不同的对比组，通过这些对比组的试验结果来确定玻璃配置，气孔大小，气孔位置以及幕墙朝向，对阴影盒起雾的影响及其程度。同时，记录室内外温度和湿度，玻璃内表面温度和湿度等，为露点温度及结论分析判断提供数据。试验采用单元系统玻璃幕墙，测试周期为一年，数据采集周期为一个月。而试验地点则选在一个以温热多雨气候为主的国家-新加坡，某高层建筑的屋面。下表为试验对比组的相关描述。
对比组编号 描述 朝向
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试验结果如下。S1/S1A, S2/S2A对比组，两组样板可观察到结露现象出现后消失。由此推断，若能保证阴影盒腔体内部的通气顺畅，即使玻璃结露了，也能随着气温的升高，很快的挥发掉，避免水汽滞留在玻璃表面。S3/S3A,S4/S4A对比组，两组样板未发现明显结露现象痕迹。结果显示，镀膜玻璃和中空玻璃等节能玻璃，能很好的避免玻璃结露。而镀膜玻璃有一个更重要的作用，就是隔断水汽与本体玻璃的直接接触，起到隔绝的作用。
图6所示，为S5对比组，玻璃边部位置可观察到明显水雾，不易挥发。此对比组结果凸显了设置通气孔的重要性。
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图6：试验箱S5对比组样板
图7为S1对比组的温度和湿度数据，以及露点温度结果。结果显示，温度一定时，湿度变化5%，露点温度变化1度左右；湿度一定时，温度变化1度，露点温度变化1度左右。因此，降低阴影盒腔内湿度，对降低玻璃的露点温度起到重要的作用。
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图7：阴影盒温度-湿度变化曲线
6 关于玻璃的锡面
有玻璃厂家提出玻璃锡面的观点，称锡面可以防止玻璃发霉。根据玻璃厂家的解释，浮法玻璃成型过程中，玻璃液中的二氧化锡向下表面扩散，形成了亚锡离子渗透层。由于二氧化锡耐水性较好，从而增加了玻璃下表面的化学稳定性。对于这个影响因素我们做了针对性的调查。由于锡面无法直接用肉眼观察，因此我们必须使用专用仪器来检测锡面。工程统计数据显示，在霉变的玻璃里面，也有锡面的玻璃。我们判断，锡面对玻璃霉变可能有一定的延缓作用，但在较长的时间维度下，这种影响并不明显。
7 结论
根据上述试验成果以及研究分析报告，我们提出以下解决方案。
(1)设置通气孔。阴影盒应设置通气孔及冷凝水孔，并保证通气顺畅，使腔体湿气能够顺利排出，降低腔内湿度，从而降低腔体内的结露点温度，减少结露起雾的风险。但要注意，单靠设置通气孔并不能从根本上解决玻璃霉变的问题。
(2)镀膜玻璃的使用。镀膜玻璃的膜面隔断了空气中水分与玻璃的直接接触，避免玻璃表面水分在蒸-凝循环过程中发生化学反应。配合上述通气孔措施，就能从根本上解决玻璃的霉变问题。
(3)中空透明玻璃。中空玻璃热传递系数较低，使玻璃内表面温度高于腔体内的结露点温度，从而降低玻璃结露的风险，有效减少了表面水分蒸-凝循环的次数。但是相对上述镀膜玻璃而言，透明玻璃缺少了玻璃膜对玻璃本体的保护作用。因此，中空玻璃对阴影盒玻璃霉变的影响还需要更长时间去作进一步观察。
参考文献
[1] 刘鹤禄，李福义. 谈浮法玻璃发霉及防霉措施[J]. 玻璃，1983(4)