中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
1 研究背景
建筑門窗和玻璃幕墻是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能最薄弱環(huán)節(jié)，是建筑節(jié)能的關(guān)鍵構(gòu)件。據(jù)測算通過門窗的熱損失占到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的40%~50%，約占建筑能耗的1/4。因此，外窗的熱工性能是圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的重點(diǎn)。
目前，我國建筑門窗保溫性能只能在實(shí)驗(yàn)室通過基于穩(wěn)定傳熱原理的標(biāo)定熱箱法測定[1]。熱箱模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件，冷箱模擬冬季室外氣候條件，測量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量，減去通過熱箱外壁、試件窗框和填充板的熱損失，除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積，得到外窗件的傳熱系數(shù)K值。相關(guān)的ISO標(biāo)準(zhǔn)也是采用熱箱法[2]，日本標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)定熱箱法或防護(hù)熱箱法，一般要求采用標(biāo)定熱箱法[3]。熱箱法受設(shè)備限制難以在現(xiàn)場測試中大量推廣使用。
我國標(biāo)準(zhǔn)尚無針對建筑門窗玻璃幕墻傳熱系數(shù)的現(xiàn)場測試方法。國內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測試主要集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位，即墻體[3]。《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》中對透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的檢測也僅提到了“當(dāng)透明幕墻和采光頂的構(gòu)造外表面無金屬構(gòu)件暴露時，其傳熱系數(shù)可采用現(xiàn)場熱流計(jì)法進(jìn)行檢測。”，對應(yīng)的條文說明中，是參考外墻和屋面的檢測方法[4]。建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）工程檢測方法標(biāo)準(zhǔn)中也僅僅是提出按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的熱流計(jì)法執(zhí)行[5]。可以看出，國內(nèi)目前的主要標(biāo)準(zhǔn)中均未對建筑門窗玻璃幕墻傳熱系數(shù)的現(xiàn)場測試提出具體的方法。
現(xiàn)場準(zhǔn)確而又便捷地測得建筑門窗玻璃幕墻的傳熱系數(shù)對我國新建建筑門窗玻璃幕墻保溫性能的檢測鑒定以及既有建筑門窗玻璃幕墻節(jié)能診斷評估具有重要價(jià)值，對于我國建筑節(jié)能工作的深入開展具有重要意義。本文在外窗傳熱系數(shù)計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳熱學(xué)原理，提出了建筑門窗保溫性能現(xiàn)場測試方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場的測試驗(yàn)證分析。
2 測試基本原理
由于門窗為輕質(zhì)薄壁構(gòu)件，熱惰性很小，因而可認(rèn)為任一時間點(diǎn)均為“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)”。連續(xù)監(jiān)測結(jié)果也表明，室內(nèi)側(cè)空氣溫度、玻璃內(nèi)表面溫度和窗框內(nèi)表面溫度曲線的峰值出現(xiàn)時間點(diǎn)幾乎與室外空氣溫度曲線峰值出現(xiàn)時間點(diǎn)一致，見圖1和圖2。
詳細(xì)數(shù)據(jù)分析表明，室內(nèi)側(cè)空氣溫度、玻璃內(nèi)表面溫度和窗框內(nèi)表面溫度曲線的峰值出現(xiàn)時間點(diǎn)略延遲，且室外空氣溫度曲線受不穩(wěn)定氣流影響而更曲折。因此，實(shí)際測試時可通過選取更多數(shù)據(jù)或選取曲線峰值處相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)盡量避免相關(guān)因素干擾。
3 測試方法研究
外窗的保溫性能由傳熱系數(shù)K值來表征，外窗的傳熱系數(shù)可由下式得到[6]：
窗框和玻璃之間的線傳熱系數(shù)Ψ值目前無法在現(xiàn)場測得，可由符合國內(nèi)建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)[6]的軟件模擬得到。一般來說，中空玻璃采用暖邊間隔條時線傳熱系數(shù)可取0.05 W/(m·K)，采用普通鋁間隔條時線傳熱系數(shù)可取0.07 W/(m·K)。
整窗的傳熱系數(shù)Kt可由公式(1)計(jì)算得到。三種方法中，“熱阻法”由于采用了理論的內(nèi)外表面換熱系數(shù)（詞條“表面換熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供），且計(jì)算熱阻時內(nèi)外表面溫差相對較大，其結(jié)果更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定;“內(nèi)表面溫度法”測試時，熱流采用室內(nèi)空氣溫度、內(nèi)表面溫度和內(nèi)表面換熱系數(shù)測算得到，由于內(nèi)表面換熱系數(shù)取理論值，與實(shí)際會有一定差異，結(jié)果會存在一定誤差;“傳熱系數(shù)法”由于室內(nèi)外空氣溫度受到不斷變化的氣流的影響，結(jié)果雖然更符合實(shí)際，但波動相對較大。
在進(jìn)行現(xiàn)場測試時，“熱阻法”需要在室外試件表面布置較多的傳感器，中高層有一定的操作難度，適用于底層便于室外操作的部位;“內(nèi)表面溫度法”僅需測試室內(nèi)外空氣溫度和內(nèi)表面溫度，“傳熱系數(shù)法”需測試熱流和室內(nèi)外空氣溫度，這兩種方法在室外僅需測量空氣溫度，可通過試件本身或附近的開啟部位簡單操作實(shí)現(xiàn)，適用于中高層不便于室外操作的部位;“內(nèi)表面溫度法”無需測試熱流，故也可適用于非專業(yè)性的測試評估。
4 現(xiàn)場測試實(shí)例及分析
研究共對三個工程的外窗進(jìn)行了現(xiàn)場測試，其基本信息為：(1)某工程用78系列內(nèi)平開鋁木復(fù)合(鋁包木)窗，玻璃為三玻雙Low-E暖邊充氬氣中空玻璃(配置為5+12Ar +5Low-E+12Ar+5Low-E)，采用“熱阻法”測試;(2)某被動式超低能耗建筑用90系列內(nèi)平開塑料窗，玻璃為真空（詞條“真空”由行業(yè)大百科提供）中空復(fù)合玻璃(配置為5+12A+5Low-E+0.15V +5)，采用“內(nèi)表面溫度法”測試;(3)某工程鋁合金中空玻璃幕墻，玻璃為Low-E中空玻璃(配置為6Low-E+12A +6)，采用“傳熱系數(shù)法”測試。
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