中國(guó)幕墻網(wǎng) 2016年會(huì)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(cè)算通過(guò)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(guó)建筑門窗保溫性能只能在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)基于穩(wěn)定傳熱原理的標(biāo)定熱箱法測(cè)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(cè)量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量，減去通過(guò)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(chǎng)測(cè)試中大量推廣使用。
我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)針對(duì)建筑門窗玻璃幕墻傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。國(guó)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的檢測(cè)也僅提到了“當(dāng)透明幕墻和采光頂的構(gòu)造外表面無(wú)金屬構(gòu)件暴露時(shí)，其傳熱系數(shù)可采用現(xiàn)場(chǎng)熱流計(jì)法進(jìn)行檢測(cè)。”，對(duì)應(yīng)的條文說(shuō)明中，是參考外墻和屋面的檢測(cè)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(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的熱流計(jì)法執(zhí)行[5]。可以看出，國(guó)內(nèi)目前的主要標(biāo)準(zhǔn)中均未對(duì)建筑門窗玻璃幕墻傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提出具體的方法。
現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確而又便捷地測(cè)得建筑門窗玻璃幕墻的傳熱系數(shù)對(duì)我國(guó)新建建筑門窗玻璃幕墻保溫性能的檢測(cè)鑒定以及既有建筑門窗玻璃幕墻節(jié)能診斷評(píng)估具有重要價(jià)值，對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能工作的深入開(kāi)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(chǎng)測(cè)試方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試驗(yàn)證分析。
2 測(cè)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(shí)間點(diǎn)均為“準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)”。連續(xù)監(jiān)測(cè)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(shí)間點(diǎn)幾乎與室外空氣溫度曲線峰值出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)一致，見(jiàn)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(shí)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(cè)試時(shí)可通過(guò)選取更多數(shù)據(jù)或選取曲線峰值處相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)盡量避免相關(guān)因素干擾。
3 測(cè)試方法研究
外窗的保溫性能由傳熱系數(shù)K值來(lái)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(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得，可由符合國(guó)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(lái)說(shuō)，中空玻璃采用暖邊間隔條時(shí)線傳熱系數(shù)可取0.05 W/(m·K)，采用普通鋁間隔條時(shí)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(shí)內(nèi)外表面溫差相對(duì)較大，其結(jié)果更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定;“內(nèi)表面溫度法”測(cè)試時(shí)，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(cè)算得到，由于內(nèi)表面換熱系數(shù)取理論值，與實(shí)際會(huì)有一定差異，結(jié)果會(huì)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(dòng)相對(duì)較大。
在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，“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(cè)試室內(nèi)外空氣溫度和內(nèi)表面溫度，“傳熱系數(shù)法”需測(cè)試熱流和室內(nèi)外空氣溫度，這兩種方法在室外僅需測(cè)量空氣溫度，可通過(guò)試件本身或附近的開(kāi)啟部位簡(jiǎn)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(wú)需測(cè)試熱流，故也可適用于非專業(yè)性的測(cè)試評(píng)估。
4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)例及分析
研究共對(duì)三個(gè)工程的外窗進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，其基本信息為：(1)某工程用78系列內(nèi)平開(kāi)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(cè)試;(2)某被動(dòng)式超低能耗建筑用90系列內(nèi)平開(kāi)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(cè)試;(3)某工程鋁合金中空玻璃幕墻，玻璃為L(zhǎng)ow-E中空玻璃(配置為6Low-E+12A +6)，采用“傳熱系數(shù)法”測(cè)試。
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