本文作者：徐勤,劉雄,王驊
1 前言
近年來,伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的持續(xù)高溫,我國(guó)的幕墻行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展階段,世界
幕墻技術(shù)發(fā)展也進(jìn)人一個(gè)新階段。在這個(gè)新的階段中,有一個(gè)新的趨勢(shì)值得關(guān)注,國(guó)內(nèi)的一些大幕墻公司已具各了相當(dāng)強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,有能力承接國(guó)外的工程,為世界各地不同地理、氣候區(qū)域及各類建筑提供所需的各種類型幕墻。
另外,對(duì)于建造在國(guó)內(nèi)的外資工程,這些工程的幕墻試驗(yàn)除了要按國(guó)標(biāo)進(jìn)行外,還需符合國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)要求,外標(biāo)的主要檢測(cè)項(xiàng)目為
氣密性（詞條“氣密性”由行業(yè)大百科提供）能、
水密性能(靜態(tài)、動(dòng)態(tài))、結(jié)構(gòu)性能、位移試驗(yàn)、熱循環(huán)測(cè)試,與國(guó)標(biāo)相比,主要增加了熱循環(huán)試驗(yàn)。熱循環(huán)試驗(yàn)的目的通過模擬室內(nèi)外溫濕度環(huán)境及
輻射條件,通過短時(shí)間內(nèi)幕墻兩側(cè)氣候環(huán)境的交變來考核幕墻在經(jīng)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(yàn)過程來考核設(shè)計(jì)的幕墻結(jié)構(gòu)是否符合當(dāng)?shù)貧夂驐l件下的使用要求。
國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中,幕墻實(shí)驗(yàn)室測(cè)試作為一個(gè)系統(tǒng)性試驗(yàn)程序,熱循環(huán)為其中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié),通過模擬室內(nèi)溫度濕度環(huán)境和室外側(cè)的高溫、低溫交變環(huán)境,在短時(shí)間內(nèi)模擬實(shí)際使用過程中天氣冷熱變化對(duì)
玻璃幕墻的影響,觀察幕墻有無因
熱脹冷縮而出現(xiàn)形變,或在低溫下出現(xiàn)
冷凝水。熱循環(huán)試驗(yàn)完成后,還要進(jìn)行后續(xù)的氣密、水密等性能試驗(yàn),將熱循環(huán)前后的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì),判斷溫度
荷載作用后,幕墻的
耐候性能有無降低。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)把幕墻實(shí)驗(yàn)室測(cè)試作為一個(gè)系統(tǒng)性試驗(yàn)程序,如何開展幕墻
熱工性能的測(cè)試,是幕墻檢測(cè)領(lǐng)域需要研究的一個(gè)新課題。
2 方法及原理
(1) AAMA501.5-98
2.1 試驗(yàn)方法
AAMA501.5-98將試樣
密封在結(jié)構(gòu)測(cè)試箱的開口處。試樣的外側(cè)被配有降低和升高四周溫度手段的
絕熱箱罩住。內(nèi)側(cè)配有監(jiān)控
相對(duì)濕度和溫度的手段。熱循環(huán)試驗(yàn)在氣密和水密試驗(yàn)做完后進(jìn)行,試驗(yàn)?zāi)Ｐ统晒Φ耐瓿稍囼?yàn)后,通過目測(cè)檢驗(yàn)。在熱循環(huán)試驗(yàn)后,外的氣密和水密試驗(yàn)和目測(cè)檢驗(yàn)被用來確定是否有與溫度相關(guān)的
老化（詞條“老化”由行業(yè)大百科提供）發(fā)生。
建筑幕墻熱循環(huán)系統(tǒng)示意圖見圖1。
2.2 試驗(yàn)原理
需至少3次冷熱循環(huán),每次8小時(shí)并遵循如下要求:
1)在1小時(shí)內(nèi)將外部溫度升高至最高計(jì)算室外溫度,并保持2小時(shí)。
2)在至少1小時(shí)內(nèi)將外部溫度調(diào)至24℃ 或T75F。
3)在下1個(gè)小時(shí)內(nèi)降低外部溫度至最低計(jì)算室外溫度,并保持2小時(shí)。
4)在至少1小時(shí)內(nèi)將外部溫度調(diào)至24℃ 或T75F。
溫度控制曲線圖見圖2。
3 CWCT Part8:2005section 18
3.1 試驗(yàn)方法
CWCT Part 8:2005section 18詳細(xì)說明對(duì)樣品施以
加熱和制冷的過程,此試驗(yàn)?zāi)康脑谟跈z驗(yàn)?zāi)粔δ芊襁m應(yīng)由一年內(nèi)氣候變化導(dǎo)致的
變形,但由于試驗(yàn)是在一日之內(nèi)完成,冷熱變化速度可以比正常工作狀態(tài)下更劇烈。試驗(yàn)中失敗的部分,尤其是組合件及玻璃等易碎物質(zhì)的失效,應(yīng)予以相應(yīng)解釋說明。如果由于加熱和制冷速度過快導(dǎo)致的熱感應(yīng)壓力使組件失效,應(yīng)更換組件并調(diào)整適當(dāng)?shù)募訜岷椭评渌俣?重新開始本次溫度循環(huán)。試驗(yàn)前應(yīng)計(jì)算通常情況下組件能夠承受的熱感應(yīng)壓力最大值。幕墻供應(yīng)商應(yīng)提供試驗(yàn)中樣品指定可承受的冷熱變化速度。
4 兩種標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別
AAMA501.5-98與 CWCT Part 8:2005section 18兩種標(biāo)準(zhǔn)在控制要求、檢測(cè)裝置、
精度及檢測(cè)方法等方面均存在一些差異。
4.1 測(cè)試原理方面的差異
建筑幕墻熱循環(huán)試驗(yàn)的目的在于測(cè)試在人工模擬的劇烈變化的氣候條件下,建筑幕墻內(nèi)部
結(jié)露情況及建筑幕墻永久性的變形;經(jīng)過熱循環(huán)試驗(yàn)后,還要繼續(xù)檢測(cè)建筑幕墻的氣密和水密性能。AAMA501,5-98標(biāo)準(zhǔn)中模擬一年中室外極端氣候時(shí),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(duì)建筑幕墻的熱應(yīng)變影響,采用紅外輻射模擬太陽輻射,通過控制輻射
強(qiáng)度來達(dá)到和太陽輻射相同的作用效果,用外側(cè)空氣溫度來模擬室外空氣溫度變化;這些試驗(yàn)條件的不同可能會(huì)使建筑幕墻
型材及玻璃內(nèi)外表面的溫度分布有較大差異。AAMA501.5-98標(biāo)準(zhǔn)中室內(nèi)側(cè)無濕度要求, CWCT Part 8:2005section 18中室內(nèi)側(cè)溫濕度條件設(shè)定則是按照室內(nèi)舒適的溫濕度,例如,空氣溫度22℃ ,相對(duì)濕度55%,這些試驗(yàn)條件的不同可能會(huì)使建筑幕墻內(nèi)部結(jié)露情況有比較大的差異。
5 熱循環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)研制
按照國(guó)外幕墻熱循環(huán)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研分析結(jié)果,搭建溫度可控的室內(nèi)室外兩側(cè)箱體。通過人工控制兩側(cè)箱體內(nèi)空氣的溫度分別模擬實(shí)際玻璃幕墻建筑物室內(nèi)室外兩側(cè)的熱環(huán)境,即室內(nèi)側(cè)箱體模擬居住環(huán)境溫度而室外側(cè)箱體模擬氣候環(huán)境溫度。當(dāng)室外有輻射照度要求時(shí),在室外側(cè)加裝輻射裝置;當(dāng)室內(nèi)側(cè)有濕度要求時(shí),在室內(nèi)側(cè)加濕度控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的參
數(shù)控制及數(shù)據(jù)采集都可通過研制的幕墻熱循環(huán)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)完成。通過這些手段可使這套檢測(cè)系統(tǒng)滿足AAMA501.5-98及CWCT Part 8:2005section 18的檢測(cè)要求。
5.1 溫度控制系統(tǒng)
1)室內(nèi)側(cè)室內(nèi)側(cè)通過水冷冷熱風(fēng)機(jī)組和特殊除濕模塊試驗(yàn)穩(wěn)定室內(nèi)溫度濕度環(huán)境。制冷機(jī)組為兩臺(tái)渦旋壓縮機(jī)的水冷機(jī)組,加熱通過PID調(diào)節(jié)控制的電加熱器精確控制溫度±3℃ 。
2)室外氣候側(cè)
室外氣候側(cè)升溫過程通過PID調(diào)節(jié)器控制的電加熱器和制冷機(jī)組共同實(shí)現(xiàn)升溫斜率。降溫同樣通過制冷機(jī)組和PID調(diào)節(jié)器控制的電加熱器實(shí)現(xiàn)降溫斜率。溫度保持過程同樣通過PID調(diào)節(jié)和制冷機(jī)組共同作樣實(shí)現(xiàn)。
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(qiáng)度控制器,探測(cè)器等幾部分組成。實(shí)現(xiàn)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(shí)間
穩(wěn)定性(Temporal sability)這三個(gè)因素。輸出光束的尺寸根據(jù)輻照面積和強(qiáng)度的需要而選擇。設(shè)計(jì)的紅外輻射控制裝置系統(tǒng)見圖3。
5.3 濕度控制系統(tǒng)
室內(nèi)側(cè)濕度控制系統(tǒng)由加濕器和除濕器聯(lián)合組成,能夠?qū)崿F(xiàn)10%～9O%相對(duì)濕度范圍的任意調(diào)節(jié)。系統(tǒng)加濕器通過回風(fēng)濕度反饋對(duì)系統(tǒng)加濕量進(jìn)行比例式調(diào)節(jié),可降低室內(nèi)側(cè)濕度波動(dòng),使其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,在控制濕度的±5%范圍內(nèi)波動(dòng)。
6 結(jié)論
建筑幕墻熱循環(huán)試驗(yàn)是測(cè)試建筑幕墻在冷熱交替變化的環(huán)境下,幕墻部件變形情況及室內(nèi)側(cè)幕墻表面結(jié)露情況,幕墻本身破壞及變形情況的進(jìn)一步檢驗(yàn)還依賴于后續(xù)的氣密及水密試驗(yàn)。在建筑幕墻新的發(fā)展形式下,進(jìn)行建筑幕墻熱循環(huán)檢測(cè)是很有必要的,通過這項(xiàng)檢測(cè)可更加全面地控制建筑幕墻的建造質(zhì)量;這項(xiàng)檢測(cè)為建筑幕墻的設(shè)計(jì)提供了很好的驗(yàn)證手段,可促進(jìn)建筑幕墻技術(shù)的發(fā)展。建筑幕墻熱循環(huán)檢測(cè)在國(guó)內(nèi)還是一個(gè)新興事物,還需要開展更多的深人研究工作。美標(biāo)AAMA501.5-98和歐標(biāo)CWCT Part 8:2005section 18標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)原理、控制要求及控制精度等方面存在一定的差異,根據(jù)我國(guó)的地理氣候條件,制訂適合我國(guó)國(guó)情的幕墻熱循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于建筑幕墻工程質(zhì)量控制具有重要意義。
參考文獻(xiàn)
[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(huán)檢測(cè)的重要性 上海建設(shè)科技.2009,(2):65-67
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