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摘要：單元式幕墻背板區(qū)的排氣孔不僅僅只保持氣壓平衡，同時也對該區(qū)域的排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）、防潮起到關(guān)鍵作用。本文結(jié)合某個項目的生產(chǎn)情況，探討排氣孔不同設(shè)置方式下對背板區(qū)排水和防潮功能的影響，并提出排氣孔位置選擇的建議及相關(guān)幕墻斷面（詞條“斷面”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計應(yīng)考慮的細(xì)節(jié)。
關(guān)鍵詞：背板區(qū)、墊框、結(jié)露、排氣孔、除濕、滲水（詞條“滲水”由行業(yè)大百科提供）、排水
1 概述
隨著建筑工業(yè)化的快速推進(jìn)，單元式幕墻的占比越來越多。但就其標(biāo)準(zhǔn)化程度而言，仍不是很高。以我們近兩年所生產(chǎn)的單元式幕墻產(chǎn)品為例，幾乎每一個項目都是重新設(shè)計的。雖然這是滿足個性化需求的一種無奈，但也確實帶來不少潛在缺陷及工藝性問題的困擾。
單元式幕墻在背板部位由于是一個密封嚴(yán)密的封閉區(qū)域，受陽光照射時區(qū)域溫升很高，所以必須開排氣口。這本來是一個非常簡單和普通的工藝措施，但我們所生產(chǎn)的一批板塊卻在養(yǎng)護(hù)期出了問題：不少板塊在背板區(qū)域的玻璃出現(xiàn)起霧甚至水汽結(jié)露的現(xiàn)象。通過分析和處理，發(fā)現(xiàn)是排氣孔的工藝設(shè)計存在缺陷。我們隨即采取了措施并完善了排氣孔的工藝設(shè)計，通過一段時間的追蹤觀察，上述質(zhì)量問題再未發(fā)生，證明相關(guān)工藝改進(jìn)是成功的。
在此基礎(chǔ)上，我們對近幾年所生產(chǎn)的單元式幕墻產(chǎn)品逐一做了專項分析，發(fā)現(xiàn)排氣孔的設(shè)置五花八門，沒有形成一個同一的標(biāo)準(zhǔn)。由此，應(yīng)公司要求，我們對排氣孔的設(shè)計做了進(jìn)一步的分析和試驗，初步形成一些思路，并準(zhǔn)備將其標(biāo)準(zhǔn)化，用于今后的設(shè)計及生產(chǎn)之中。
2 問題的提出及分析
在前述的質(zhì)量事故中，庫存單元板（詞條“單元板”由行業(yè)大百科提供）塊有近10%的比例出現(xiàn)玻璃起霧甚至水汽凝結(jié)成水珠的情況。對此我們第一反應(yīng)就是背板區(qū)域的密封處理在缺陷，導(dǎo)致板塊在存放過程中遭遇雨水滲入背板區(qū)域。
圖1 背板區(qū)玻璃表面結(jié)露
由于鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）背板周邊是打膠密封的，而面層玻璃也是周邊打膠密封的，所以滲入到該區(qū)域的雨水在陽光作用下就會升溫并蒸發(fā)為水蒸汽。而太陽落山后，鋁背板因為后襯保溫棉，所以溫度下降較玻璃更為緩慢，所以水汽就凝聚在玻璃表面(如圖1)。但這個推斷引出了兩個問題：
2.1雨水由什么途徑滲入幕墻背板區(qū)域內(nèi)部?
針對這個問題，我們解剖了一個結(jié)露嚴(yán)重的單元板塊，將保溫棉及背襯鋁板拆除后，把板塊投入浸水池中做浸水試驗，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有滲漏（詞條“滲漏”由行業(yè)大百科提供）情況;接下來我們又拆了一個單元板塊做同樣的浸水試驗，也未發(fā)現(xiàn)問題!直到用后來采用了加大浸水深度和延長浸水時間兩項措施后，才出現(xiàn)了新情況：
在加大浸水深度時，意外發(fā)現(xiàn)排氣孔開始進(jìn)水，說明此時的浸水深度已經(jīng)超過排氣孔高度了。我們突然意識到排氣孔也是可能的雨水滲漏途徑。檢查了圖紙，發(fā)現(xiàn)排氣孔的位置位于幕墻立柱的外側(cè)型腔，且位置靠后。當(dāng)單元板塊玻璃面朝上平放時，只要外側(cè)型腔內(nèi)部進(jìn)水，就很有可能通過排氣孔流入背板區(qū)域。
為了驗證這一問題是否可能發(fā)生，我們用水管往立柱型腔內(nèi)注水，明顯可見水流自排氣孔大量涌出。但后來意識到此種試驗方式與實際情況不符，隨改用噴頭模擬下雨狀態(tài)，則發(fā)現(xiàn)排氣孔是否滲水與板塊放平狀態(tài)有關(guān)：如果板塊頭部低于尾部，則一段時間后排氣孔開始滲水;反之，則并沒有水滲出。在對比了幕墻相關(guān)圖紙后發(fā)現(xiàn)，該排氣孔位于幕墻立柱的外腔，并且位置靠后。所以當(dāng)單元板塊平放后，排氣孔就位于幕墻立柱外腔的低水線區(qū)域。因此當(dāng)單元板塊頭部低于尾部時，立柱腔體就會積水，并有可能從排氣孔滲入背板區(qū)域。
圖2排氣孔位置示意圖
在標(biāo)準(zhǔn)深度(10cm)的浸水試驗中，當(dāng)將浸水時長延長后，所拆解的兩個單元板塊都先后發(fā)現(xiàn)背板區(qū)域的墊框角部接縫出現(xiàn)輕微滲水，但一橫梁之隔的見光區(qū)域則沒有任何滲漏。顯然，問題出在墊框上。由于該單元板塊背板區(qū)域玻璃比見光區(qū)域玻璃厚度薄4mm，所以要靠墊框來調(diào)節(jié)玻璃面高度。墊框與幕墻立柱之間存在復(fù)雜的卡接溝槽，且其周圈密封膠也不好施工，容易出現(xiàn)密封缺陷。在單元板塊的養(yǎng)護(hù)過程中，板塊平放，玻璃護(hù)邊底部的“排水孔”就有機(jī)會成為“進(jìn)水孔”，所以雨水就可能會滲入到幕墻內(nèi)部，并聚集在墊框周邊。在質(zhì)量事故發(fā)生的那段時間，幾乎每天都下雨，造成墊框區(qū)域始終處于積水狀態(tài)，因而，即便是存在微小的缺陷，最后也都可能導(dǎo)致發(fā)生了輕微滲漏。
圖3 墊框卡接溝槽示意圖
2.2 排氣孔為什么未能將水蒸汽排出?
從理論上講，排氣孔除了能保持背板區(qū)域的空氣壓力平衡外，還能實現(xiàn)該區(qū)域的通風(fēng)作用，從而將潮氣排出。但庫存的起霧單元板塊似乎并沒有因為時間的作用解決起霧問題。為了防止排氣孔及墊框區(qū)域仍有積水，我們將單元板塊立起來控干積水后再觀察了一天，結(jié)果仍然沒有改善。于是我們又進(jìn)行了如下的試驗：
甲組，采用壓縮空氣向一側(cè)立柱腔體內(nèi)吹氣。為形成足夠的壓力，我們對立柱下端端口用碎布進(jìn)行了封堵，以保證該側(cè)排氣孔有干燥空氣灌入。理論上講，強(qiáng)制通風(fēng)應(yīng)該會立竿見影地解決問題，但經(jīng)過了近12小時的持續(xù)吹氣，背板區(qū)域起霧現(xiàn)象才完全消除;
乙組，同樣采用再一側(cè)立柱腔體內(nèi)吹氣，但將背板區(qū)上方鋁背板與上橫梁之間的密封膠切掉一小段，結(jié)果大概只要了半個小時背板區(qū)域起霧的情況就消失了。同樣作為對照的未經(jīng)任何處理的板塊在室外存放兩天后也僅有極其輕微的改善，基本可以得出該條件下排氣孔不能有效進(jìn)行通風(fēng)換氣的結(jié)論。
對于這一奇怪的現(xiàn)象我們給不出專業(yè)的解釋和數(shù)據(jù)，只能憑結(jié)果反向推測出兩個假設(shè)：
A、當(dāng)腔體的容積與排氣孔的尺寸相差較多的時候，從一側(cè)排氣孔進(jìn)入的空氣傾向于沿最短路徑由另一側(cè)排氣孔排出，兩排氣孔連線以外區(qū)域的空氣很少被帶動而形成循環(huán);
B、一個小尺寸封閉腔體內(nèi)的空氣自然流動主要是依靠壓力差，當(dāng)排氣孔位于同一水平位置時，不會因為冷熱空氣密度不同而產(chǎn)生壓力差，所以也就不能形成持續(xù)性的空氣流動。
基于這種假設(shè)，相關(guān)試驗現(xiàn)象就可以解釋的通：排氣孔位于背板區(qū)域的底部，即便采用強(qiáng)制通風(fēng)，氣流也只在底部兩個排氣孔之間的直線區(qū)域流過，而其他區(qū)域的空氣甚少受到影響，所以水蒸汽也無從排出。而要想將背板區(qū)域封閉空間內(nèi)的潮氣排出，就必須讓排氣路線盡可能地覆蓋更大的區(qū)域，并且還要利用空氣密度差形成持續(xù)性的空氣自然流動。
3 “背板區(qū)域玻璃起霧問題”對幕墻設(shè)計、生產(chǎn)工作帶來的啟示
3.1 要重視墊框構(gòu)造自有的滲漏隱患
墊框構(gòu)造本是解決同一單元板塊上安裝不同厚度玻璃的無奈措施。基于墊框的安裝可靠性方面的考慮，墊框與幕墻主龍骨的連接構(gòu)造一般都采用卡接或卡接加螺釘固定的連接方式。但卡接連接構(gòu)造的接縫既小且復(fù)雜，難以用密封膠填充，很難處理到完全無缺陷。所以理想情況下，最好保持同一個單元板塊內(nèi)只使用一種總厚度的中空玻璃，或是通過中空玻璃結(jié)構(gòu)膠及中空玻璃與幕墻龍骨之間結(jié)構(gòu)膠的厚度進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，完全不使用墊框。如果必須使用墊框，也建議采用端部“清根”或45度拼接的方式，這樣可以周圈完整的連續(xù)密封膠道。有相關(guān)文獻(xiàn)介紹，如果在墊框?qū)?yīng)部位的卡槽上銑出一小段缺口，并用密封膠填充以阻斷卡槽內(nèi)可能存在的滲水縫隙，基本上就可以消除滲漏隱患。
3.2 排氣孔的位置選擇
在出現(xiàn)背板區(qū)域玻璃起霧的質(zhì)量問題后，我們也在反思是否排氣孔的工藝設(shè)計存在缺陷。為此，我們對比了近幾年來不同項目的排氣孔設(shè)計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：從分布位置上來講，既有在外腔的，也有在內(nèi)腔置的;排氣孔尺寸最大的10mm，最小的6mm;排氣孔數(shù)量有的設(shè)置一個，有的設(shè)置兩個。沒有什么規(guī)律，說明大家對這個小小的工藝構(gòu)造并沒有引起重視。
從這次質(zhì)量問題的處理過程，我們意識到排氣孔不僅僅起到氣壓平衡的作用，還是背板區(qū)域排除潮氣的重要途徑。根據(jù)幾次試驗的情況，我們總結(jié)出排氣孔位置選擇的兩條經(jīng)驗：
第一條經(jīng)驗：排氣孔盡可能設(shè)置到立柱的內(nèi)腔。在單元板塊平放狀態(tài)下時，位于外腔的排氣孔是在低水線位置，而位于內(nèi)腔的排氣孔是在高水線位置，所以排氣孔位于內(nèi)腔時，由排氣孔進(jìn)水的概率就會小很多;
圖4兩種排氣孔位置對比示意圖
其實，單元板塊在工作狀態(tài)下，外腔也有進(jìn)水的可能性。這是因為單元幕墻常見的內(nèi)部積水直排方案常常導(dǎo)致雨水倒灌。所以目前多是通過立柱前腔排水的改進(jìn)方案。在這個方案中，上橫水槽內(nèi)的積水通過其外側(cè)的橫向?qū)垡龑?dǎo)至立柱的前腔，并從立柱下端的開口排到室外。所以業(yè)內(nèi)也形象地將外腔稱為“濕腔”，內(nèi)腔稱為“干腔”。可以想像，如果在立柱的“濕腔”設(shè)置了排氣孔，那么上橫水槽中的積水完全可能順其流入背板區(qū)域。
圖5上橫梁水槽排水孔及導(dǎo)水槽排水孔示意圖
所以在單元幕墻的型材設(shè)計時，要考慮立柱插接位置與背板的關(guān)系。一般來說，板塊的立柱插接位置要在背板外側(cè)，這樣就可以將排氣孔設(shè)置在內(nèi)腔。但如果條件不允許，立柱插接位置位于背板后側(cè)時，也還可以通過在橫梁上設(shè)置集水槽，將排氣孔向后引導(dǎo)到內(nèi)腔。事實上這種設(shè)計是非常成功的，其不止是不容易進(jìn)水，還是快速排水的典范!另外外觀效果也較排氣孔外露的觀感更好，值得推廣。
圖6 利用集水槽將排氣孔布置到干腔
當(dāng)然，排氣孔也不是完全不能設(shè)置在“濕腔”。單元板塊的養(yǎng)護(hù)期間只要做好防護(hù)遮蔽，就可以避免立柱內(nèi)腔進(jìn)水。而在幕墻使用過程中，如果仿照前例，在橫梁上設(shè)置下沉的集水槽，并將排氣孔設(shè)置在集水槽底部，那么即便排氣孔處有水倒灌，也不會有太大問題，因為積水會自然排出。另外，在排氣孔上安裝一節(jié)帶有彎頭的導(dǎo)氣管，也能避免流經(jīng)立柱前腔的水通過排氣孔倒灌。當(dāng)然相對于將排氣孔設(shè)置在后腔的做法，這個還是更麻煩了一些。
第二條經(jīng)驗：排氣孔盡可能設(shè)置4個，在背板區(qū)域的四個角各設(shè)置一個，且排氣孔直徑不宜低于8mm。事實上對于這條經(jīng)驗我們在內(nèi)部也有異議，主要的擔(dān)心是排氣孔位于背板區(qū)上端時，在室外側(cè)有可能被看到，影響觀感。所以也有建議背板上端的接縫不打密封膠，用于和下端的排氣孔形成空氣對流關(guān)系。但這個方案有無可能會導(dǎo)致背板后側(cè)的保溫材料受潮?會否在火災(zāi)狀態(tài)下導(dǎo)致防煙封堵失效?這些似乎都是更加棘手的問題，在此不敢妄下結(jié)論，只能寄希望于行業(yè)前輩和專家們予以解惑了。
3.3 重視單元板塊生產(chǎn)工藝評審與定型
事實上那批問題板塊在返修時花費了很大精力，事后統(tǒng)計返修所用的工時幾乎與重做相當(dāng)。這說明對于單元式幕墻這種工業(yè)化程度很高的產(chǎn)品而言，對缺陷的容忍度實際是非常低的。所以在單元式幕墻正式生產(chǎn)前，需要進(jìn)行周密、嚴(yán)格的工藝評審和定型實驗。這類評審和實驗是有別于工程驗收或四性實驗，其更重要的是關(guān)注過程結(jié)果而非最終結(jié)果。比如從前述的浸水試驗可以看到，常規(guī)的浸水實驗其實是很難發(fā)現(xiàn)潛在隱患的。因為背板區(qū)域滲漏情況不能直接觀察到(受到背板及保溫棉阻擋)，輕微滲漏隔著一層玻璃也不見得可以發(fā)現(xiàn)。所以在這種情況如何能找出潛在的工藝缺陷?但如果其工作流程是對每項工藝進(jìn)行評審和驗證，如在驗證組框密封工藝時，就會設(shè)計一套針對墊框安裝密封工藝的試驗驗證方案：一組墊框采用45角拼接工藝，另外一組采用直角拼接，但將長邊卡扣的端部要清根。然后制做一批將墊框周邊密封情況完全暴露出來的試件，以比現(xiàn)有浸水試驗更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比測試，統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行評估，最終確定所要采用的生產(chǎn)工藝。顯然，這種試驗更直接、更準(zhǔn)確，比現(xiàn)有的單元板塊浸水試驗更有效，也更容易發(fā)現(xiàn)問題。工藝評審與試驗的最終目的是要對相關(guān)的工藝方法、工藝參數(shù)、工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固化，形成生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。畢竟我們不能寄希望于通過檢驗手段來控制質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的生產(chǎn)才是保障質(zhì)量的王道。
特別需要說明的是，所有的評審工作的前提是對潛在問題的識別。所以在進(jìn)行設(shè)定評審內(nèi)容時，要覆蓋加工、存儲、運輸、安裝的各種狀態(tài)及需求。
4 結(jié)語
一個小小的排氣孔缺陷就能引發(fā)出大的質(zhì)量問題，不難看出工藝設(shè)計的重要性。往往一個工藝細(xì)節(jié)會直接關(guān)乎到產(chǎn)品的質(zhì)量及最終使用體驗。與可以靈活拆裝的構(gòu)件式幕墻不同，工廠化生產(chǎn)的單元幕墻產(chǎn)品一旦出現(xiàn)缺陷就很難彌補(bǔ)。所以其設(shè)計、生產(chǎn)就要按照工業(yè)化生產(chǎn)的需求考慮方方面面的影響，堅持走標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的道路，以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的品質(zhì)保障。
作為一個設(shè)計人員，掌握一定的工藝知識是必須、必備的，但更重要的是要遵循規(guī)律、尊重科學(xué)。這體現(xiàn)在相關(guān)的設(shè)計工作中尤其是工藝設(shè)計時，就是要杜絕似是而非和隨心所欲，要采用成熟可靠的技術(shù)，堅持標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的工作流程，為生產(chǎn)出安全可靠的產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]杜東興 《單元式幕墻構(gòu)造解析》
[2]譚振培等 《淺談帶隱藏式開啟扇的單元式幕墻各構(gòu)件的拼接工藝及防水要點》
作者單位：深圳中航幕墻工程有限公司
