本文作者：寇玉德,徐 勤,劉 雄
1 引言
建筑幕墻:由
面板與
支承結構體系(
支承裝置與支承結構)組成的、可相對
主體結構有一定
位移能力或自身有一定
變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外圍護墻。
建筑幕墻,作為一種新型的建筑形式,將建筑美學、建筑功能和建筑結構等多種因素有機地統一起來,能夠滿足建筑物防雨、抗風、
采光、
隔熱、
保溫、
隔聲的功能要求,且具有現代感、自重輕、施工簡便、工期較短、維護方便、能適應舊建筑物立面更新的需要等特點。
玻璃幕墻得到了我國建筑界的青睞。據不完全統計,玻璃幕墻還在以每年500萬平方米的速度增加。目前
建筑能耗已占我國能源消耗總量近1/4。建筑
圍護結構作為建筑物內外可直接交互的物理界面,是影響
室內熱環境質量和建筑能耗最主要的部分之一。據統計,幕墻等圍護結構的由于
熱傳導、
熱輻射及
對流造成的能耗在建筑總能耗中所占的比例約為72%,因此幕墻的節能成為
建筑節能非常關鍵的一個環節。
合理地利用能源是關系到國民經濟是否可持續發展的頭等大事,這就要求我們積極行動起來,重視節能降耗工作,提高能源利用的效率。在節能減排降耗作為一項基本國策的今天,占全國能耗1/4的建筑節能是勢在必行的。而占建筑能耗接近y4的
門窗、幕墻圍護結構的節能工作就不顯得特別迫切了。如何運用技術,提高能源利用率,降低
公共建筑,尤其是建筑幕墻的能耗,這是一個值得研究的課題,具有重要的現實意義。
2 幕墻性能及國內檢測現狀
“質量興國”是我國社會主義建設的長期戰略方針,提高產品質量和工程質量是我國經濟工作的長期戰略目標。建設工程是大型的綜合性產品,價格昂貴且使用期長,涉及人民生活環境和工作條件的改善,其質量的優劣在整個社會主義經濟建設中占有十分重要的地位。
2.1 建筑幕墻的物理性能
建筑幕墻作為大型公共建筑的主要圍護結構,其物理性能有:抗
風壓變形性能、水密
滲漏性能、
氣密滲透性能、
平面內變形性能和
抗震性能、
熱工性能、空氣隔聲性能、耐撞擊性能、承重力性能、光學性能等。
2.2 建筑幕墻工程檢測的分類和要求
國內的建筑幕墻工程測試,一是針對材料的測試,例如膠、玻璃等;二是作為系統的物理性能測試,主要是針對幕墻的
氣密性能、
水密性能、抗風壓性能和平面位移性能等進行的。
建筑幕墻的檢測要求:
(1)試件寬度至少應包括一個承受設計載荷的垂直
構件。試件高度至少應包括一個層高,并在垂直方向上應有兩處或兩處以上和承重結構連接,試件組裝和安裝的受力狀況應和實際情況相符。
(2)
單元式幕墻應至少包括一個與實際工程相符的典型十字縫,并有一個完整單元的四邊形與實際工程相同的
接縫。
(3)試件應包括典型的垂直接縫、水平接縫和可開啟部分,并使試件上可開啟部分占試件總面積的比例與實際工程接近。
2.3 國內幕墻保溫性能檢測及研究現狀
目前,國內沒有符合上述要求的進行幕墻保溫性能測試的檢測裝置,也沒有成功測試幕墻保溫性能的案例。最接近的是
門窗保溫性能檢測各,但門窗保溫性能檢測
設備的試件洞口尺寸在2000mm×2000mm左右,無法滿足幕墻檢測的需要。樣品尺寸大小的差異導致檢測裝置空間大小不同,測試空間小的門窗保溫性能檢測設各很難保證較大的幕墻測試箱體內的氣流組織。
目前國內的幕墻的熱工性能的研究主要集中在理論研究、數值計算和模擬分析,所需各種材料的性能參數取自檢測結果或相關規定。這樣方法并不能真實評價建筑幕墻的保溫性能。幕墻的加工工藝,現場安裝水平,材料的質量差異等在數值計算和模擬分析時都沒有得到有效的體現。比如,板塊間的拼接縫,在數值計算和模擬分析時按照沒有縫隙的,但卻是很多實際工程氣密和水密的滲漏的部位。再者,幕墻的邊緣,在數值計算和模擬分析時按照絕
熱處理,實際工程這個部位依舊有熱
傳導和對流。
目前國內對于圍護結構的熱工測量所采用的熱流計法,主要對象是墻體。這種測試方法不完全適用于幕墻的測試。
理論研究和模擬計算分析要與試驗相結合,互相驗證。試驗也是研究的重要的手段。缺少試驗檢驗的理論無法指導工程實踐。
綜上所述,開展建筑幕墻的保溫性能及檢測方法研究是非常迫切的。
3 幕墻的熱學分析
由傳熱學原理可知熱量的交換由尋熱、對流和
輻射三種方式組合形成,建筑幕墻傳熱通常是以輻射、對流、
導熱三種方式同時進行,綜合作用的效果,還要考慮
太陽輻射熱以及空氣的滲漏所帶來的能董的傳遞。要想解決建筑幕墻的能耗損失問題,就要對上述二稈
熱交換進行最有效的阻斷。
3.1 幕墻氣密性檢測
實驗室的檢測依據是GB/
T15227-2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》。氣密性現場檢測原理勹實驗室檢測原理完全相同,目前國內尚無專業的針對幕墻現場氣密性的檢測設各。國外文獻中有針對建筑物某一房間或門窗的檢測設備。
4 幕墻的傳熱系數測試及模擬驗證
鑒于國內幕墻保溫性能測試空白和測試的重要性,我中心在這方面積極探索和研究。組織專家和相關人員設計、搭建了幕墻傳熱系數測試平臺。進行了一個
雙層幕墻的傳熱系數測試,并利用國外成熟軟件模擬驗證。
4.1 幕墻傳熱系數測試
4.1.1 測試原理及測試系統
基于穩定傳熱原理,采用熱箱法檢測建筑幕墻傳熱系數。試件一側為熱箱,模擬
采暖建筑冬季室內氣候條件,另一側為冷箱,模擬冬季室外氣溫和氣流速度。在對試件縫隙進行
密封處理,試件兩側各自保持穩定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下,測量熱箱中
加熱器的發熱量,減去通過熱箱外壁和試件框的
熱損失(兩者均由標定試驗確定),除以試件面積與兩側空氣溫差的乘積,即可計算出試件的傳熱系數
U值。
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