本文作者：徐勤,劉雄,王驊
1 前言
近年來,伴隨著我國經濟的高速發展,基礎設施建設投入的持續高溫,我國的幕墻行業進入到一個新的發展階段,世界
幕墻技術發展也進人一個新階段。在這個新的階段中,有一個新的趨勢值得關注,國內的一些大幕墻公司已具各了相當強的國際競爭力,有能力承接國外的工程,為世界各地不同地理、氣候區域及各類建筑提供所需的各種類型幕墻。
另外,對于建造在國內的外資工程,這些工程的幕墻試驗除了要按國標進行外,還需符合國外標準要求,外標的主要檢測項目為
氣密性（詞條“氣密性”由行業大百科提供）能、
水密性能(靜態、動態)、結構性能、位移試驗、熱循環測試,與國標相比,主要增加了熱循環試驗。熱循環試驗的目的通過模擬室內外溫濕度環境及
輻射條件,通過短時間內幕墻兩側氣候環境的交變來考核幕墻在經過惡劣的氣候條件后,幕墻本身
氣密、水密、冷凝等性能方面的變化,通過這樣的試驗過程來考核設計的幕墻結構是否符合當地氣候條件下的使用要求。
國外標準中,幕墻實驗室測試作為一個系統性試驗程序,熱循環為其中的一項重要環節,通過模擬室內溫度濕度環境和室外側的高溫、低溫交變環境,在短時間內模擬實際使用過程中天氣冷熱變化對
玻璃幕墻的影響,觀察幕墻有無因
熱脹冷縮而出現形變,或在低溫下出現
冷凝水。熱循環試驗完成后,還要進行后續的氣密、水密等性能試驗,將熱循環前后的試驗結果進行比對,判斷溫度
荷載作用后,幕墻的
耐候性能有無降低。國外標準把幕墻實驗室測試作為一個系統性試驗程序,如何開展幕墻
熱工性能的測試,是幕墻檢測領域需要研究的一個新課題。
2 方法及原理
(1) AAMA501.5-98
2.1 試驗方法
AAMA501.5-98將試樣
密封在結構測試箱的開口處。試樣的外側被配有降低和升高四周溫度手段的
絕熱箱罩住。內側配有監控
相對濕度和溫度的手段。熱循環試驗在氣密和水密試驗做完后進行,試驗模型成功的完成試驗后,通過目測檢驗。在熱循環試驗后,外的氣密和水密試驗和目測檢驗被用來確定是否有與溫度相關的
老化（詞條“老化”由行業大百科提供）發生。
建筑幕墻熱循環系統示意圖見圖1。
2.2 試驗原理
需至少3次冷熱循環,每次8小時并遵循如下要求:
1)在1小時內將外部溫度升高至最高計算室外溫度,并保持2小時。
2)在至少1小時內將外部溫度調至24℃ 或T75F。
3)在下1個小時內降低外部溫度至最低計算室外溫度,并保持2小時。
4)在至少1小時內將外部溫度調至24℃ 或T75F。
溫度控制曲線圖見圖2。
3 CWCT Part8:2005section 18
3.1 試驗方法
CWCT Part 8:2005section 18詳細說明對樣品施以
加熱和制冷的過程,此試驗目的在于檢驗幕墻能否適應由一年內氣候變化導致的
變形,但由于試驗是在一日之內完成,冷熱變化速度可以比正常工作狀態下更劇烈。試驗中失敗的部分,尤其是組合件及玻璃等易碎物質的失效,應予以相應解釋說明。如果由于加熱和制冷速度過快導致的熱感應壓力使組件失效,應更換組件并調整適當的加熱和制冷速度,重新開始本次溫度循環。試驗前應計算通常情況下組件能夠承受的熱感應壓力最大值。幕墻供應商應提供試驗中樣品指定可承受的冷熱變化速度。
4 兩種標準的區別
AAMA501.5-98與 CWCT Part 8:2005section 18兩種標準在控制要求、檢測裝置、
精度及檢測方法等方面均存在一些差異。
4.1 測試原理方面的差異
建筑幕墻熱循環試驗的目的在于測試在人工模擬的劇烈變化的氣候條件下,建筑幕墻內部
結露情況及建筑幕墻永久性的變形;經過熱循環試驗后,還要繼續檢測建筑幕墻的氣密和水密性能。AAMA501,5-98標準中模擬一年中室外極端氣候時,采用室外空氣等效溫度代替了室外高溫空氣和太陽
熱輻射的綜合作用;而在 CWCT Part 8:2005section 18中充分考慮了夏季
太陽輻射對建筑幕墻的熱應變影響,采用紅外輻射模擬太陽輻射,通過控制輻射
強度來達到和太陽輻射相同的作用效果,用外側空氣溫度來模擬室外空氣溫度變化;這些試驗條件的不同可能會使建筑幕墻
型材及玻璃內外表面的溫度分布有較大差異。AAMA501.5-98標準中室內側無濕度要求, CWCT Part 8:2005section 18中室內側溫濕度條件設定則是按照室內舒適的溫濕度,例如,空氣溫度22℃ ,相對濕度55%,這些試驗條件的不同可能會使建筑幕墻內部結露情況有比較大的差異。
5 熱循環檢測系統研制
按照國外幕墻熱循環試驗標準的調研分析結果,搭建溫度可控的室內室外兩側箱體。通過人工控制兩側箱體內空氣的溫度分別模擬實際玻璃幕墻建筑物室內室外兩側的熱環境,即室內側箱體模擬居住環境溫度而室外側箱體模擬氣候環境溫度。當室外有輻射照度要求時,在室外側加裝輻射裝置;當室內側有濕度要求時,在室內側加濕度控制系統。整個系統的參
數控制及數據采集都可通過研制的幕墻熱循環自動監控系統完成。通過這些手段可使這套檢測系統滿足AAMA501.5-98及CWCT Part 8:2005section 18的檢測要求。
5.1 溫度控制系統
1)室內側室內側通過水冷冷熱風機組和特殊除濕模塊試驗穩定室內溫度濕度環境。制冷機組為兩臺渦旋壓縮機的水冷機組,加熱通過PID調節控制的電加熱器精確控制溫度±3℃ 。
2)室外氣候側
室外氣候側升溫過程通過PID調節器控制的電加熱器和制冷機組共同實現升溫斜率。降溫同樣通過制冷機組和PID調節器控制的電加熱器實現降溫斜率。溫度保持過程同樣通過PID調節和制冷機組共同作樣實現。
5.2 紅外輻射控制
紅外輻射控制裝置由光源頭(包含紅外燈,方形反射
支架等),強度控制器,探測器等幾部分組成。實現電流、功率及光反饋等功能控制。充分考慮了光譜匹配度(Spectral match)、空間分布
均勻性(Irradiance uniformityl)、時間
穩定性(Temporal sability)這三個因素。輸出光束的尺寸根據輻照面積和強度的需要而選擇。設計的紅外輻射控制裝置系統見圖3。
5.3 濕度控制系統
室內側濕度控制系統由加濕器和除濕器聯合組成,能夠實現10%～9O%相對濕度范圍的任意調節。系統加濕器通過回風濕度反饋對系統加濕量進行比例式調節,可降低室內側濕度波動,使其滿足標準要求,在控制濕度的±5%范圍內波動。
6 結論
建筑幕墻熱循環試驗是測試建筑幕墻在冷熱交替變化的環境下,幕墻部件變形情況及室內側幕墻表面結露情況,幕墻本身破壞及變形情況的進一步檢驗還依賴于后續的氣密及水密試驗。在建筑幕墻新的發展形式下,進行建筑幕墻熱循環檢測是很有必要的,通過這項檢測可更加全面地控制建筑幕墻的建造質量;這項檢測為建筑幕墻的設計提供了很好的驗證手段,可促進建筑幕墻技術的發展。建筑幕墻熱循環檢測在國內還是一個新興事物,還需要開展更多的深人研究工作。美標AAMA501.5-98和歐標CWCT Part 8:2005section 18標準在實驗原理、控制要求及控制精度等方面存在一定的差異,根據我國的地理氣候條件,制訂適合我國國情的幕墻熱循環標準對于建筑幕墻工程質量控制具有重要意義。
參考文獻
[1] AAMA5015-98 Test Method for Thermal Cycling of Exterior Wa11
[2] CWCT Testt Methods for Bullding Envelopes Part8:2005 section18 Standard Thermal Cycling Regime
[3] 左蔚文,劉雄.建筑幕墻熱循環檢測的重要性 上海建設科技.2009,(2):65-67
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