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(jié)構(gòu)體系(
支承裝置與支承結(jié)構(gòu))組成的、可相對
主體結(jié)構(gòu)有一定
位移能力或自身有一定
變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)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(xué)、建筑功能和建筑結(jié)構(gòu)等多種因素有機地統(tǒng)一起來,能夠滿足建筑物防雨、抗風(fēng)、
采光、
隔熱、
保溫、
隔聲的功能要求,且具有現(xiàn)代感、自重輕、施工簡便、工期較短、維護方便、能適應(yīng)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(jù)不完全統(tǒng)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(jié)構(gòu)作為建筑物內(nèi)外可直接交互的物理界面,是影響
室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和建筑能耗最主要的部分之一。據(jù)統(tǒng)計,幕墻等圍護結(jié)構(gòu)的由于
熱傳導(dǎo)、
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(jié)能成為
建筑節(jié)能非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。
合理地利用能源是關(guān)系到國民經(jīng)濟是否可持續(xù)發(fā)展的頭等大事,這就要求我們積極行動起來,重視節(jié)能降耗工作,提高能源利用的效率。在節(jié)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(jié)能是勢在必行的。而占建筑能耗接近y4的
門窗、幕墻圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能工作就不顯得特別迫切了。如何運用技術(shù),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(xiàn)實意義。
2 幕墻性能及國內(nèi)檢測現(xiàn)狀
“質(zhì)量興國”是我國社會主義建設(shè)的長期戰(zhàn)略方針,提高產(chǎn)品質(zhì)量和工程質(zhì)量是我國經(jīng)濟工作的長期戰(zhàn)略目標(biāo)。建設(shè)工程是大型的綜合性產(chǎn)品,價格昂貴且使用期長,涉及人民生活環(huán)境和工作條件的改善,其質(zhì)量的優(yōu)劣在整個社會主義經(jīng)濟建設(shè)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(jié)構(gòu),其物理性能有:抗
風(fēng)壓變形性能、水密
滲漏性能、
氣密滲透性能、
平面內(nèi)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(xué)性能等。
2.2 建筑幕墻工程檢測的分類和要求
國內(nèi)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(tǒng)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(fēng)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(yīng)包括一個承受設(shè)計載荷的垂直
構(gòu)件。試件高度至少應(yīng)包括一個層高,并在垂直方向上應(yīng)有兩處或兩處以上和承重結(jié)構(gòu)連接,試件組裝和安裝的受力狀況應(yīng)和實際情況相符。
(2)
單元式幕墻應(yīng)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(yīng)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(nèi)幕墻保溫性能檢測及研究現(xiàn)狀
目前,國內(nèi)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(shè)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(dǎo)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(shè)各很難保證較大的幕墻測試箱體內(nèi)的氣流組織。
目前國內(nèi)的幕墻的熱工性能的研究主要集中在理論研究、數(shù)值計算和模擬分析,所需各種材料的性能參數(shù)取自檢測結(jié)果或相關(guān)規(guī)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(xiàn)場安裝水平,材料的質(zhì)量差異等在數(shù)值計算和模擬分析時都沒有得到有效的體現(xiàn)。比如,板塊間的拼接縫,在數(shù)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(shù)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(dǎo)和對流。
目前國內(nèi)對于圍護結(jié)構(gòu)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(jié)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(dǎo)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(xué)分析
由傳熱學(xué)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(dǎo)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(jù)是GB/
T15227-2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測方法》。氣密性現(xiàn)場檢測原理勹實驗室檢測原理完全相同,目前國內(nèi)尚無專業(yè)的針對幕墻現(xiàn)場氣密性的檢測設(shè)各。國外文獻中有針對建筑物某一房間或門窗的檢測設(shè)備。
4 幕墻的傳熱系數(shù)測試及模擬驗證
鑒于國內(nèi)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(guān)人員設(shè)計、搭建了幕墻傳熱系數(shù)測試平臺。進行了一個
雙層幕墻的傳熱系數(shù)測試,并利用國外成熟軟件模擬驗證。
4.1 幕墻傳熱系數(shù)測試
4.1.1 測試原理及測試系統(tǒng)
基于穩(wěn)定傳熱原理,采用熱箱法檢測建筑幕墻傳熱系數(shù)。試件一側(cè)為熱箱,模擬
采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件,另一側(cè)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(cè)各自保持穩(wěn)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(fā)熱量,減去通過熱箱外壁和試件框的
熱損失(兩者均由標(biāo)定試驗確定),除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積,即可計算出試件的傳熱系數(shù)
U值。
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