能源宅男的更多思考
在这篇文章中，我将讨论一个建筑科学之谜:即夏季教堂天花板顶部附近的凝结。我将提出一种机制来解释这些问题，尽管我提出的解释有些令人不满意。
我希望这篇文章能促使GBA的读者们分享更多关于这一现象的例子——也许还能分享更多的数据和对这一现象更好的解释。
读者的故事
作为对这个话题的介绍，让我们来听听六位GBA读者的看法。
候选材料写的“为什么我教堂的天花板上有凝露?”外面的温度计是80度，里面的温度计是75度。屋顶整天都晒在阳光下，所以上面很热。除了天花板和屋顶之间的绝缘材料外，什么都没有，冷凝只在屋顶顶部的梁上形成。气温在华氏70度以下或下雨时就不会这样。天气转暖时才开始。过去三周我们没下多少雨，但3月和4月下了很多雨，(那时)没有水。水也形成在梁的底部-不是真正的屋顶的那一面，而是面向地板的那一面。[强制空气]寄存器都在地板上。它们穿过客厅下方的爬行空间，以及地下室天花板和厨房地板之间。”
马蒂写道:“我的二楼是大教堂的天花板，屋顶底部是封闭喷雾泡沫绝缘材料。我的天花板和炎热的屋顶之间只有1到2英寸的空隙。我4年前装修了屋顶，现在完全被冰覆盖了……
28日评论
我经常在电视上看到的一件事是，改造节目的效果是拆除一堵墙，贴上新的瓷砖和油漆，而没有处理所有现有住宅的基本问题，糟糕的建筑围护结构和暖通空调系统，这为失败创造了丰富的环境。每次看到这些“著名的”电视改造师哄骗他们的客户进行昂贵的改造时，我都感到很难为情，因为这些改造简直是猪头上的口红，而业主却被那些没有解决的基本问题所困扰。
我以前只做过几次肠道修复工作，主要是因为，在我看来，在计划更新之前，需要先解决建筑围护结构和暖通空调系统的问题。要么做对，要么什么都不做。在记录中，这发生在新建筑中，没有解决所有这些问题作为一个整体的方法。
另一个在美国中部和南部东部非常常见的夏季凝结现象是由于室内温度设定在华氏65度，“因为我们喜欢盖着被子睡觉”，没有意识到他们漏水的房子和尺寸过大的暖通空调系统是灾难的源头。
警告;有些漫长而彷徨的驿站
我不相信夜空辐射理论。在大多数发布的故事中，水并没有凝结在屋顶材料的底部，并从内部滴回。从描述来看，它是直接凝结在内部饰面材料本身。“马蒂”有一个喷雾泡沫屋顶，在护套上有连续的冰和水屏蔽。任何空气进入屋顶材料底部的机会都不大。“芭芭拉”只在一扇天窗附近看到了闪光，而且是在一大片区域。从屋顶表面滴下来的水往往发生在特定的地方，沿着干墙接缝等。我认为凝结是发生在它出现的表面-内部表面。
所以挑战在于弄清楚室内表面是如何下降到室内空气的露点以下的。至少在某些情况下，我建议辐射冷却。屋顶/阁楼的隔热层非常高，没有太多的热量通过室内。因此，天花板的温度将主要由室内的空气温度和天花板“看到”的空间的平均辐射温度驱动。当有停滞空气时，辐射换热可以是一个主要的组成部分，如果房间空气温度和地板温度有明显的差异，天花板可以明显比空气冷。由于安装在地板上的寄存器和较低的输送速度，冷空气将聚集在地板水平，冷却地板和家具。天花板会尽量与地板的温度相匹配，即使热空气在天花板附近分层。
再加上潮湿浮力(我并不完全赞同这个理论，但我承认它有一定的道理)，热分层，以及温暖潮湿的室外空气进入室内并上升到峰值的可能性，就很容易看出山脊的表面温度是如何下降到当地气团的露点以下的。
“里奇·维斯康蒂”注意到，如果他在下午把风扇对准山脊，问题就会消失。在脊处的空气混合和加速将会把暖湿空气从那个空间带走，通过强制对流使表面变暖。
用一个精确的便携式湿度计和红外体温计测试起来相对容易。实际上我两周前在一个商业空间做过这个。建筑完全不像这些住宅案例，但问题是相似的:裸露的管道系统从天花板上垂下来凝结，尽管机械承包商尽了最大努力为空间除湿和保养。
地面的温度是70度，露点是60度。仍然有点潮湿(73%)，露点高于55度的管道系统，但过去的经验表明，露点和表面温度之间的密切匹配不会产生我们在空间中看到的凝结量。我们乘电梯上去，感觉就在管道系统的水平处有一个明显的分层层，距离天花板大约10英尺。在管道系统上面，气温是82度，露点是71度。这是地表温度和露点之间惊人的16度差。在这种情况下，原来是建筑在一个负压下运行，有大量的室外空气泄漏。室外空气是95华氏度，露点是74华氏度(耶)，这些空气进入室内，上升到天花板并停留在那里。我意识到这是一个强制冷却的例子，而不是辐射冷却的例子，但它显示了在一个高空间的地板和天花板之间的条件是多么的不同，绝对湿度也有很大的差异。
在经历过这些问题的学院中，很容易检验这一理论。测量空气温度、露点和表面温度可以立即显示内部表面是否足够冷，足以凝结当地的气团。
我同意你的看法，马丁。凝结的表面并不一定是“冷的”……只要比室内空气的露点还要冷就行了。通常在脊梁处至少有一点热桥作用，这将导致内部峰值的表面温度在夜间和清晨略低，特别是在晴朗的夜晚。再加上房子的露点高，加上室内露点在峰值时更高的趋势，你可能会偶尔出现凝结现象。
关于解决方案——开放山脊对我来说似乎是最难的选择。我认为最直接的解决方案是通过使用全屋除湿机来降低室内露点，优化现有的交流系统(如果有的话)以更好地去除水分，并使用吊扇(或其他风扇)来去除空气中的水分。
我承认，我对教堂天花板或冷凝的了解还不够多，无法质疑那里到底有多少热桥，以及它冷凝所需的温度变化有多小。但可以肯定的是，如果你提出的机制是热桥接，那么空气密封不仅是最难的选择，而且完全没有意义。
我并不是说要用空气密封作为解决方案。在我看来，“打开屋脊”的解决方案需要添加足够的外部绝缘材料，使室内表面温度升高到露点以上。你可以想象，这并不容易……因此我的评论。
彼得的解释听起来更有道理。潮湿的空气逃到屋顶冷的阁楼里会在阁楼内凝结，我看不出它会在有空调的外壳内凝结。
由于夜间天空的冷却导致内部表面的冷凝，我认为需要在屋顶外部和冷凝表面之间建立一个坚固的热桥。在给出的例子中，我没有看到任何迹象表明这是事实。如果真是这样，封住漏气处也无济于事。
这可能是不太可能的，但我想知道遇到这个问题的人是否都有浅色屋顶?在炎热潮湿的天气，可以想象，例如，白色屋顶可以辐射足够的热量，以冷却脊板/梁足够冷凝。
里克,
你能解释一下你所说的“辐射到足够的热量来冷却”是什么意思吗?这看起来像是你在暗示外部辐射会从内部吸收热量。我很确定那是不可能的。
里克,
这几乎是不可能的。白天的天空温度太高，几乎所有地方都无法在白天对屋顶进行任何显著的辐射冷却。此外，你有太阳能加热的屋顶，将超过任何辐射冷却的净屋顶温度远高于环境空气温度。“凉爽”的屋顶之所以这么叫，是因为其他的屋顶都太热了。
在列出的一些情况下，夜间屋顶辐射冷却加上热桥可能会使屋梁的室内表面温度低于白天空气上升的露点，但我不相信这是大多数情况的机制。
凝结传递了相当多的热量，使凝结表面变暖。为了让足够的凝露真正滴下来，我认为你必须有某种主动的冷却——而不仅仅是前一晚剩下的凉爽温度。冷空气冷却地板地板通过辐射主动冷却天花板可以做到这一点。
彼得,特雷弗;
我记得我读过建筑科学公司的一份报告，是关于西南部沙漠地区的商业建筑，在简单地将其屋顶膜从黑色改为白色后，屋顶就开始腐烂。尽管气候炎热干燥，这些屋顶仍因凝结而腐烂。
经过研究，他们确定白色屋顶材料反射了太多的热量，它就像一种冷却盘管，温暖(室内/潮湿)的空气在它的下面凝结。我相信他们说过，如果他们简单地换成黑色屋顶，吸收的热量就足以防止这个问题。
我希望我能找到链接，但我的电脑不让我进入建筑科学公司的网站，因为某种原因……我过会儿再打。
这篇文章来自GBA…
下面是链接://m.etiketa4.com/article/insulating-low-slope-residential-roofs
从这篇文章:
由于不确定干墙裂缝的原因，其中一名建筑商请了伊利诺伊大学(University of Illinois)著名建筑科学家威廉·罗斯(William Rose)来调查。罗斯发现，这些房屋的屋顶覆盖层是湿的——部分原因是受影响的房屋安装的屋顶类型(白膜屋顶)。“在12月、1月和2月，玻璃纤维被拧湿了，”罗斯告诉我。“在这种气候下，辐射效应变得非常重要。没有任何东西阻挡屋顶向外辐射。从屋顶表面，日夜都有大量的热量流失。有了这种白色的屋顶，80%到达屋顶的热量都被反射了出来。太阳无法跟上向天空损失的热量。你所创造的是一个天空驱动的冷却盘管，而玻璃纤维绝缘就像一个肮脏的冷凝锅。屋顶护套变得很冷，它从干燥的空气中吸走了湿气。”
显然，这里还有很多要做的——包括在阁楼上放置透气绝缘材料。但这并不是文章中描述的那些有问题的人的情况。但考虑到脊梁或脊板几乎总是构成通向内部的热桥(除非外部有重叠的刚性泡沫)，或许喷雾泡沫还不够?
再次……我承认，希望不大。
里克,
我认为这篇文章对“白天和黑夜”有一点误导。我完全同意作者的观点，因为80%到达屋顶的热量都被反射回来了。这就是反光屋顶的意义所在。但它并没有比白天的空气更冷，也没有凝结水汽。这只会发生在夜晚，当天空温度非常低的时候。但是有了反射屋顶，白天的热量不足以驱走夜间积累的水分。结果，水分一直在蛀牙洞里积聚。即使在亚利桑那州，白天的天空温度也不足以将屋顶冷却到低于空气温度。
彼得,
在亚利桑那州，白天的空气温度和空气中水蒸气的温度可能是温暖的，但外层空间的温度是非常非常冷的——一天24小时。在多云的天气里，温暖的云层限制了热量从地球向外太空的辐射。但在晴朗干燥的天气里，地球上的物体会向寒冷的外层空间辐射热量——即使在白天也是如此。
与这种辐射冷却作用相反的是阳光，它在白天通过辐射使物体变暖。但是非常反光的白色屋顶减少了阳光的加热效果。建筑科学家Bill Rose是这样解释这一现象的:“在晴朗的天空中，辐射会向天空流失，这是一天24小时都在发生的。晴朗的天空总是真的很冷. ...在我们监测的房子里，似乎太阳能供暖甚至无法弥补白天的损失。”
更多信息:“夜空辐射。”
我当然同意屋顶总是把热量流失到天空，而空间是冷的。我也承认我在亚利桑那州的白色屋顶上待的时间不多，所以我的直接经验是有限的。但我在东北的白色屋顶上呆过好几个小时，我可以告诉你，即使在一个寒冷晴朗的日子里，它们仍然很热，或者至少是暖和的。这是因为，至少在这里，空气中总有足够的水分，可以将一部分地球散发的热量反射回地面。在我上面的帖子中，我有点小心地避开了一些语言，我说在大多数地区，白天太阳热量的增加将超过辐射热量的损失。比尔·罗斯来自亚利桑那州的数据可能表明情况并非总是如此，这当然是有趣和有教育意义的。
但这并不能改变我对室内冷凝问题的整体看法。你在文章中没有提到房子的位置，但我怀疑它们并不都在亚利桑那州或其他高海拔沙漠气候。即使在比尔调查过的房子里，他也没有在下午的时候在内部发现凝结物——他在天花板洞里发现了凝结物，很明显是在我们预期的冷却屋顶的下面。完全不是同一种动物。
我保持开放的态度，但我还是不服气。我很想在冷凝发生的时候测量一下这些房子里的情况。如果我在当地遇到这样的人，我会告诉大家结果如何。
我看到的一个共同点是没有通风的教堂天花板，气流或蒸汽扩散最近发生了变化。
我们需要帮助人们理解没有通风的教堂天花板是危险的集会。如果你有一个有工作历史的人，在你改变任何事情之前要好好想一想!
这些变化听起来都合乎逻辑、合情合理，但似乎打乱了他们冒险组合的微妙平衡。我看不到快速、简单或廉价的方法来解决新产生的问题。我认为我们中没有人会建议构建当前的程序集。我们有什么建议可以让它恢复原样?要知道，你可以保证在你和矮胖子复合后，他还会像以前一样工作。拆掉你的屋顶，重新建造一个密封性更好、隔热性能更好、通风更好的屋顶?这太贵了，所以不会发生。
如果夜空辐射是造成这种现象的主要原因，我认为应该抱怨的是在晚上10点到上午10点之间产生的凝结。
Walta
我没有时间研究这里的所有信息，但我确实经历了夏天在一个圆顶(有点像教堂的屋顶)凝结的问题。这次集会无疑是有风险的，但却坚持了43年，而且还在继续。外壳是完美密封的(玻璃纤维)，内表面有一个蒸气屏障，用3英寸的泡沫作为绝缘材料，外表面有1/2英寸的气隙。在夏天，装配中的空气基本上是过热的，在某些条件下实际上会把蒸汽从一个密封不良的顶部吹出来。周围地区很潮湿。这个问题被仔细密封的峰值“解决了”。
我的感觉是，当温度低的时候，组件会慢慢地从缝隙中吸收水分，当温度高的时候，它就会释放出来。
继续说那些轶事和理论吧!一切都很好。
我很欣赏Peter Engle的观点(他观察到，这些描述似乎是指内部表面形成的湿气，而不是通过屋顶组件滴落的水)和Rick Evans的观点(白色屋顶可能是谜题的一部分)。
讨论的主要目的之一是提出一系列问题，以完善我们对这种情况发生时发生的事情的理解。
我对这种现象没有亲身经历，但我的第一个想法是，它比我们想象的更普遍，而且大多数人都没有注意到。屋顶的颜色可能与此有关，但我的感觉是一个关键因素，可能是最简单的解决方案，是空气流通。内角在垂直的时候会有空气流动的问题，大教堂内角是最糟糕的情况。层积作用是作用在上面气袋上的唯一力量，它将热量和水分送入气袋，直到露点高于地表温度。这可能是当房间里没人的时候使用吊扇的一个原因。
好文章，从读者关心的问题开始。和良好的评论。到目前为止，我觉得是对的。节能措施导致空调周期缩短，室内湿度比过去更高。这似乎发生在晴朗的夜晚，所以很明显是天空辐射冷却了屋顶的脊。山脊处的细节可能会因为空隙、SIPS面板和双脊梁而变得凌乱，所以很难确切地分辨出哪个表面在凝结。
我还想补充一点。Martin，你在2017年2月3日的一篇文章中提到了这一点，那篇文章是关于我在Clearwater大会上提出的建筑科学待办事项清单。你引用了我的话:“角落是建筑中最有趣的部分，”罗斯说。“我做了一项关于砖房冻融破坏的调查。除了湿砖的地方，砖的表面不会有太大的损伤。角落会变湿，因为它们突出来;他们是暴露。而在拐角处调整热损失是很困难的。弯道的辐射环境非常强。尖头的东西可以从空气中喝水。”
山脊基本上没有空气膜阻力，因为没有稳定的空气垫，而且与寒冷天空的辐射交换特别强烈。我用这张图来说明余弦法则。基本上，表面和天空之间的交换是绝对温度的四次方差的函数，由表面发射率和法线到平面的夹角余弦修正。山脊上看到的天空比平坦的屋顶多得多，而且天空会变得很冷——你可以用高温计或红外相机拍摄它。
理论上，山脊是冷的。真的很冷吗?我不知道，我们需要从内部和上面拍红外照片，据我所知，还没有系统地做过。
关于“水合浮力”的注释。我谨慎使用这个术语。在平衡状态下，气体很好地混合在一起，对于建筑的高度来说，从上到下的湿度差异只有在小数点后第四位才能察觉到。我想指出的是，如果气体真的按分子量分层，那么我就是亿万富翁了，因为我所需要的就是耐心。但作为一个短暂的条件，是的。随便问一朵积云。问一问酒店房间里雾气弥漫的镜子是如何变清的。我认为平衡计分卡所说的乒乓球效应是非常正确的。
比尔,
非常感谢你的参与。
我很清楚你不愿意用"潮湿浮力"这个词，比尔。在本文的语境中，这是一个简单的参考事实，即靠近倾斜屋顶顶部的室内空气通常比靠近地板的空气更潮湿。
如果GBA的读者想知道更多关于“潮湿浮力”的争议，他们应该阅读"无通风空调阁楼湿度大"
我想我没有看到提到项目之间是否有一致的山脊细节。在教堂的天花板上，通常有一个大的热桥，结构脊从外部延伸到内部。同样的在天窗;人们经常在它们周围做过多的框架，当单标题几乎总是足够坚固的时候，但我不记得曾经见过在天窗上配置单标题。结合夜晚的天空辐射和比尔·罗斯列出的其他因素，似乎脊梁正在把热量从房子里输送出去。(对于新建筑来说，有一个简单的解决方案——我试着把沉重的脊梁放在椽子下面，这样隔热层就可以覆盖顶部了。)
除此之外，假设是手工切割的屋顶，椽子之间可能会有阻塞，从而增加木材的数量(即，使热桥更宽)。
我知道这是一个较老的帖子，但我今天遇到了教堂天花板凝结的问题。当我注意到凝结时，室外空气温度约为50华氏度，相对湿度约为30%。室内温度在60年代中期。整天阳光明媚，房子有一个深色的屋顶。我在下午3点左右看到了凝结。我正在装修的房子是用原木做的，大部分都被毁坏了。我们刚刚开始重新框架内墙，使用LSL框架。目前没有人住在这所房子里。在工作时，大量的交通进出家里。上午10点左右，供暖系统被关闭，不足以使用空调。 The area where the moisture was found is around 14 feet above the floor on the west facing roof. There has been no rain for a few days, snow has been gone for several weeks with nighttime lows around 30°F. Unfortunately I did not have any of my energy auditing gear, would have been interesting to see the area with a thermal image camera. I will have it with tomorrow, just in case. I also do not know what the interior humidity level was. First time experiencing this phenomenon, interesting and puzzling.
兰迪,
嗯，晚上的温度肯定会下降到足以冷却山脊的程度——尤其是在夜晚晴朗的情况下，夜空辐射是一个因素。如果你有不同的理论，请分享。
我今天要带着我的测试设备，我要测量温度和湿度。也许幸运的话，它会再次出现。我没有一个好的理论，湿气是在下午3点阳光充足的朝西屋顶上。暖通空调恒温器显示房子温度在60度左右，室外温度50度。屋顶具有较低的r值(1 1/2英寸的Polyiso和3 1/2英寸的岩棉)，空气密封不好。屋脊和屋檐有通风口，但没有明确的路径，空气必须通过绝缘棒移动。我摸了摸屋顶，看看上面可见的水滴有多少水分，屋顶感觉不到热或冷，但之后我的手湿了。房产在湖滨，可能会有一些效果。
我正在做的小木屋的教堂天花板顶部凝结的水昨天又回来了，这次我带着我的测试装备。天花板的湿度为87%，温度为73华氏度。地板附近的湿度是35%，温度是68华氏度。如果我计算正确的话，天花板的露点温度是71华氏度。热成像显示天花板的温度和那个温度差不多。我仍然不明白的是，为什么湿度在高峰期会升高?我的假设是这和屋顶组件有关。从外到内，瓦片，#15毛毡纸，胶合板，3 1/2”岩棉片(无空隙)，1 1/2”多面油箔面，另一层#毛毡，1 1/2”舌和槽镶板，气密性不佳。我在之前的帖子中说过，屋顶有屋檐通风口，但我发现没有山脊通风口。空气和湿度在晚上进入屋檐的通风口，然后慢慢迁移到山脊，由于低烫发屋顶和没有山脊通风口，空气和湿度被困在那里。 As the roof warms during the day, the accumulated moisture finds a path to the inside where it condenses on the tongue and groove paneling at the peak. The condensation is only present on the west facing roof in the areas that have the eave venting, no condensation in the areas where there are no eave vents due to the roof design (see picture of home.) Moisture on the ceiling seems to be present only after noon. I think the addition of a ridge vent may eliminate the issue, but will also increase winter time stack effect. Home is located in climate zone 7, approximately 10,000 HDD.
兰迪，岩毛蝠体内有可能残留着冬季凝结物需要几周时间才能蒸发。在春天，朝西的屋顶岩棉蝙蝠温度足够高，可以将水分输送到室内，因为没有山脊通风口。室内的空气可能仍然比室外的冷，仍然在下沉，从通风口通过潮湿加热的屋顶通道吸入空气。
我有一个类似的教堂天花板的情况(夏娃通风口，没有山脊通风口)，在炎热和潮湿的日子里，在空调打开的情况下，凉爽的空调空气下沉，把空气从天花板山脊和夏娃通风口拉进来，辅助屋顶热量和空气从椽子之间的通道上升。不确定哪一个贡献更大:下沉的空调空气和上升的屋顶热空气，但结果是外部潮湿空气的运输，凝结在室内凉爽的天花板表面。我得到了和你相似的热成像图像，包括暴露的空气渗入模式以及脊梁气隙附近的天花板凝结液滴。一些天花板上的霉菌也会在距离这些斑点一英尺远的地方出现。
我在冬天升级了阁楼的隔热层，结果空调的使用量比往年春天要少。室内湿度高。教堂天花板顶部的吊扇周围有水珠凝结，这是房子的最高点，也是房间里唯一穿透天花板的地方。事情发生在中午，在阳光充足的情况下，屋顶的温度会超过华氏90度，所以夜间降温的解释可能不适用于我的情况。
我认为原因是潮湿的室内空气被吸进了墙壁的多个穿透墙，并通过松散的玻璃纤维绝缘材料上升，由于烟囱效应。上面的墙壁和屋顶都暴露在阳光下，所以应该有空气加热和膨胀。在教堂天花板上只有一次穿透，暖湿的空气进入房间，遇到凉爽的石板墙天花板和金属风扇外壳，导致凝结。
我把出口和开关板以及我能想到的所有地方都密封起来，尤其是风扇周围的区域——我尽可能地去掉了出口和入口。我还把吊扇转了过来，好让上面有空气流通。问题消失了。我需要另一个弹簧，看看会不会再发生。
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