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建筑幕墙热工性能检测方法(征求意见稿)
发布时间:2012/4/1

1  范围
本标准规定了建筑幕墙热工性能术语和定义 、分级、试验方法以及试验报告。
本标准适用于构件式幕墙和单元式幕墙传热系数、抗结露因子和太阳得热系数的检测,其它形式幕墙和有保温隔热要求的透光围护结构(如etfe膜结构等)可根据工程实际情况参照执行。
2  规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
gb/t 4132  绝热材料与相关术语
gb/t 8484 建筑外门窗保温性能分级及检测方法
gb/t 13475 绝热 稳态传热性质的测定 标定和防护热箱法
gb/t 21086  建筑幕墙
nfrc201(所有部分)  利用标定热计量箱法测量门窗系统的太阳得热系数
aama 1503 (所有部分)门、窗和幕墙传热系数及抗结露因子的测试方法

3.术语和定义
   gb/t 4132和gb/t 21086确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
幕墙传热系数 (k)  heat transmission coefficient  of curtain wall    
在稳态条件下, 幕墙两侧空气温差为1k,单位时间内通过单位面积的传热量。单位: 。
3.2 
   抗结露因子(crf) condensation resistance factor
   玻璃幕墙阻抗表面结露能力的指标。指在稳定传热状态下,试件热侧表面与室外空气温度差和室内、外空气温度差的比值。
3.3
太阳得热系数(shgc) solar heat gain coefficient
通过幕墙进入到内部空间的太阳辐射得热量在入射太阳辐射热量中所占比重的性能参数。太阳辐射得热量包括直接透过的太阳辐射热和吸收太阳辐射热之后通过再辐射、传导、或对流的方式进入到空间中的部分。
3.4
    太阳热计量箱  solar calorimeter
以一个近似绝热的箱体(确定的、封闭的和可控的),具有控制试验时箱内温度,收集、计量通过玻璃幕墙进入的太阳辐射热量的设备。其设置有安装试件的框架,箱内装有冷却盘管,并设置制冷循环系统保证箱内的热量平衡,可计量太阳辐射得热量。
3.5
人工模拟光源  artificial light
氙灯等模拟太阳光辐射的人工辐射源。该光源发出的电磁辐射强度相似光谱分布覆盖300纳米到4000纳米之间光谱范围。
3.6
太阳得热量(shg) solar heat gain
 采用人工光源模拟太阳光辐射, 通过玻璃幕墙进入到热计量箱内的太阳辐射热量。单位: 。

4分级
4.1  建筑幕墙传热系数
幕墙传热系数k值分为10级,见表1。
                          表1  建筑幕墙传热系数分级      
分      级 1   2   3   4   5 
分级指标值 k≥5.0 5.0>k≥4.0 4.0>k ≥3.0 3.0>k≥2.5 2.5>k≥2.0
分      级 6   7   8   9   10
分级指标值 2.0>k≥1.6 1.6>k≥1.3 1.3>k≥1.1 1.1>k≥1.0 k<1.0
                
4.2玻璃幕墙抗结露因子
玻璃幕墙抗结露因子crf值分为10级, 见表2。
表2 玻璃幕墙抗结露因子分级
                   
分      级 1   2   3   4   5 
分级指标值  ≤35
35< ≤40
40< ≤45
45< ≤50
50< ≤55

分      级 6   7   8   9   10
分级指标值 55< ≤60
60< ≤65
65< ≤70
70< ≤75
 >75

 

4.3玻璃幕墙太阳得热系数
     玻璃幕墙太阳得热系数分为5级, 见表3。

                      表3  玻璃幕墙太阳得热性能分级 
分      级 1   2   3   4   5 
分级指标值 shgc ≥0.8 0.7<shgc ≥0.6 0.6<shgc ≥0.5 0.5<shgc ≥0.4 shgc <0.4

5  试验方法
5.1 原理
5.1.1传热系数检测原理
本标准基于稳定传热原理,采用标定热箱法检测建筑幕墙保温性能。
试件一侧为热箱,模拟建筑冬季室内空气温度和气流状况;另一侧为冷箱,模拟冬季室外气温和气流速度。试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下,测量热箱中加热器的发热量,扣除通过热箱外壁和填充板的热损失(均由试验确定,见gb/t 8484-2008附录a)后,除以试件面积与两侧空气温差的乘积,即可计算得到试件的传热系数k值。
5.1.2 抗结露因子检测原理
基于稳定传热传质原理,采用标定热箱法检测建筑幕墙阻抗结露性能。
试件一侧为热箱,模拟采暖建筑冬季室内空气温度和气流、相对湿度小于20%状况;另一侧为冷箱,模拟冬季室外气候条件。在试件两侧各自保持稳定的空气温度、相对湿度、气流速度和热辐射条件下,通过计算得到试件的抗结露因子crf值。
5.1.3太阳得热系数检测原理
    太阳得热系数检测基于稳态传热原理,采用标定热计量箱法进行。
    采用人工光源模拟太阳光辐射,建立一个确定的、封闭的和可控的边界(即采用一个近似绝热的箱体作为边界,称之为热计量箱),将通过透光建筑构件进入热计量箱的太阳辐射热量进行收集、计量,得到太阳辐射得热量占投射到该构件表面的太阳辐射热总量的比例关系。
5.2  检测装置
5.⒉1传热系数与抗结露因子检测装置
    检测装置主要由热箱、冷箱、试件框、除湿系统和环境空间五部分组成,如图5.1所示。
 
图5.1传热系数与抗结露因子检测装置
5.2.1 .1热箱
   1 热箱开口尺寸宜为3600mm×4200mm(宽×高),进深不宜小于2000mm。
   2 热箱外壁结构应由均质材料组成,其热阻值不得小于3.5 ( )。热箱内表面的总的半球发射率 值应大于0.85。
   3热箱宜可灵活水平移动。
5.2.⒈2冷箱
1 冷箱开口尺寸应与试件框外边缘尺寸相同,进深以能容纳制冷、加热及气流组织设备为宜。
2 冷箱外壁应采用不吸湿的保温材料,其热阻值不得小于3.5 ,内表面应采用不吸水、耐腐蚀的材料。
3冷箱内设置蒸发器或引入冷空气进行降温。蒸发器下部应设置排水孔或盛水盘。
4 利用隔风板和风机进行强迫对流,形成沿试件表面自上而下的均匀气流,隔风板与试件框冷侧表面距离宜能调节。
5 隔风板应采用热阻值不小于1.0 ( )的挤塑聚苯板,隔风板面向试件的表面,其总的半球发射率ε值应大于0.85。隔风板的宽度与冷箱内净宽度相同。
5.2.⒈3感温元件
1感温元件采用铜—铜镍热电偶,测量精度度应小于0.25k。
   2铜—铜镍热电偶制作所使用的材料和制作要求以及校验规定见gb/t 8484-2008。
   3铜—铜镍热电偶的布置
1)空气温度测点
a.热箱内应设置三层热电偶作为空气温度测点,每层均匀布4个测点。
    b. 冷箱空气温度测点应布置在符合gb/t 13475规定的平面内,与试件安装洞口对应的面积上均匀布16点。
    c. 测量空气温度的热电偶感应头,均应进行热辐射屏蔽。
      2) 表面温度测点
    a. 热箱每个外壁的内、外表面分别对应布8个温度测点。
b. 测量表面温度的热电偶感应头应连同至少100mm长的铜、铜镍引线一起,紧贴在被测表面上。粘贴材料的总的半球发射率ε值应与被测表面的ε值相近。
   3) 测量温度的热电偶可分别并联。凡是并联的热电偶,各热电偶引线电阻必须相等。各点所代表被测面积应相同。
5.2.⒈4 热箱加热和送风系统
   1 热箱采用交流稳压电源供电加热器和送风机。送风风速宜控制在0.2~0.3m/s范围内。
   2加热功率的计量表精度等级不得低于0.5级,且应根据被测值大小转换量程,使仪表示值处于满量程的70%以上。
5.2.⒈5 热箱湿度控制系统
1 采用除湿系统控制热箱空气湿度。保证在整个测试过程中,热箱内相对湿度不大于
20%。
2 设置一个湿度计测量热箱内空气相对湿度,湿度计的测量精度应为±5%。
5.2.⒈6风速
  1 冷箱风速应用热球风速仪测量,测点位置与冷箱空气温度测点位置相同。
  2不必每次试验都测定冷箱风速。当风机型号、安装位置、数量及隔风板位置发生变化时,应重新进行测量。
5.2.⒈6 试件框
  1 试件框外缘尺寸应与冷箱开口尺寸相同。
  2 试件框采用的保温材料和安装试件的洞口要求符合gb/t 8484-2008的相关规定。
5.2.⒈7 环境空间
1 检测装置应设置在装有空调设备的实验室内,以保证热箱外壁内、外表面加权平均温差小于1.0k。
2实验室围护结构应有良好的保温性能和热稳定性,墙体及顶棚内表面应进行绝热处理。并应避免太阳光直射入室内。
3 热箱外壁与周边壁面之间宜留有1000 的空间。
5.⒉2太阳得热系数检测装置
5.⒉⒉1太阳得热系数检测系统主要由人工模拟光源、恒温箱、试件框及热计量箱组成,如图5.2所示。
    

1 人工模拟光源  2空调设施  3热流计  4热交换器  5冷却板  6风扇  7 透光薄膜   8黑色织物  9试件  10 隔风板
图5.2太阳得热系数检测系统
5.⒉⒉2热计量箱
  1 热计量箱开口尺寸宜为2170mm×2170mm(宽×高),进深不宜小于935mm。
  2 热计量箱箱壁由均质材料组成,其热阻值不宜小于7.0 ( )。热箱内表面总的半球发射率 值应大于0.95。
  3在试件安装框热计量箱侧表面和热计量箱内表面满铺热流计,测量除试件以外的恒温室和热计量箱之间的传热量。
4隔风板和试件之间的室内环境。隔风板整个板面上设置吸收太阳辐射用的辐射率 值为1.0的黑色织物,以抑制隔风板的反射作用。
5试件安装框外侧设置着可以透过全波长辐射的透光薄膜。阻挡安装框直接照射着的太阳光对室内侧造成的影响。
6风扇外表面为黑色磨砂处理。在风扇与试件之间设置可以透过全波长辐射的薄膜,以形成的风道的功能,防止在风扇和试件之间产生辐射换热。
5.⒉⒉3制冷水循环系统
1热计量箱内装有冷却盘管,并设置制冷循环系统保证箱内的热量平衡,用于完成箱内空气与循环水的热交换。
2冷却盘管除去的热量(即太阳辐射热量),通过循环水流量和进、出口的温度差求出。循环水流量通过电磁流量计、温度差通过温度传感器测定。
3热计量箱内设有加热器,控制试验时的箱内温度。
4采用智能调节仪作为控制系统的核心部件。
5.⒉⒉ 3恒温箱
1设置恒温室,对试件外侧空气温度进行调节控制。
2恒温箱开口尺寸与热计量箱相同。
3试件框设置在恒温箱和热计量箱之间。
4恒温箱内部设置空调设施,调节箱内温度。并设置隔风板,保证试件正面的风速要求。
5恒温箱导入光的一面设置窗户从太阳光模拟装置。为了避免照射时实验室壁面的反射,在太阳光模拟装置和照射面贴辐射率 值为1.0的黑色织物。
5.⒉⒉4模拟光源
1模拟光源采用氙灯,通过自动控制系统调节照射强度及模拟太阳光的分光分布。
2光源由强度为100a的电流提供,照射强度根据电源的电流而发生变化;照射方向为试件的法线方向(垂直入射),照射角度稳定。
3光源的照射面均匀分布。5等份照射面,在其各中心测定照射面的照射强度。照射强度分布不均匀性在±5%以内。
5.3性能试验
5.⒊1传热系数试验
5.⒊⒈1试件的尺寸及构造应符合产品设计和组装要求,不得附加任何多余配件或特殊组装工艺。
5.⒊⒈2试件安装
  1安装位置:试件外表面应与试件框冷侧表面平齐。
  2构件式幕墙试件安装方法
1)  构件式幕墙的单根边部立柱和单根边部横梁应采用具有一定强度的木料(或其它同
类材料)。
2) 采用螺钉将幕墙板块与木料进行固定,木料的性能满足试验要求。其安装节点见图b.1检测试件立面图中索引。
3) 幕墙检测试件安装完成后,用保温材料将幕墙试件与箱体洞口间空隙填实。
  3单元式幕墙检测试件安装方法
1) 安装单元式幕墙试件。具体安装节点详见图b.1检测试件立面图中索引。
2) 安装完幕墙检测试件后,用保温材料将幕墙试件与箱体洞口间空隙填实。
   3)试件与试件洞口周边之间的缝隙宜用聚苯乙烯泡沫塑料条填塞,并密封。
   4)试件开启缝应采用透明塑料胶带双面密封。
   5)当试件面积小于试件洞口面积时,应用与试件厚度相近,已知热导率λ(值的聚苯乙烯泡沫塑料板填堵。在聚苯乙烯泡沫塑料板两侧表面粘贴适量的铜—铜镍热电偶,测量两表面的平均温差,计算通过该板的热损失。
   6)进行传热系数检测时,宜在试件热侧表面适当部位布置热电偶,作为参考温度点。
5.⒊1.2试验条件
  1 热箱空气平均温度设定范围为19℃~21℃,温度波动幅度不应大于0.2k。
  2 热箱内空气为自然对流,其相对湿度宜控制在30%左右。
  3冷箱空气平均温度设定范围为-19℃~-21℃,温度波动幅度不应大于0.3k。
4 与试件冷侧表面距离符合gb/t 13475规定平面内的平均风速为3.0±0.2m/s。
注:气流速度系指在设定值附近的某一稳定值。
5.⒊1.3试验程序
  1 检查热电偶是否完好。
  2 启动检测装置,设定冷、热箱和环境空气温度。
  3 当冷、热箱和环境空气温度达到设定值后,监控各控温点温度,使冷、热箱和环境空气温度维持稳定。达到稳定状态后,如果逐时测量得到热箱和冷箱的空气平均温度 和 每小时变化的绝对值分别不大于0.1℃和0.3℃;温差 和 每小时变化的绝对值分别不大于0.1k和0.3k,且上述温度和温差的变化不是单向变化,则表示传热过程已达到稳定过程。
  4 传热过程稳定之后,每隔30分钟测量一次参数 、 、 、 、 、q  ,共测六次。
5测量结束之后,记录热箱空气相对湿度,试件热侧表面及玻璃夹层结露、结霜状况。

5.⒊⒈4数据处理
1 各参数取六次测量的平均值。 
2  试件传热系数k值〔 〕按下式计算:

         ……(1)
式中 :   ——电加热器加热功率,w;
           ——风扇功率,w;
         m1——由标定试验确定的热箱外壁热流系数,w/k(见gb/t 8484-2008附录a);
         ——由标定试验确定的试件框热流系数,w/k(见gb/t 8484-2008附录a);
         ——热箱外壁内、外表面面积加权平均温度 之差,k;    
         ——试件框热侧冷侧表面面积加权平均温度 之差,k;
        s——填充板的面积, ;
        λ——填充板的热导率, ;
         ——填充板热侧表面与冷侧表面的平均温差,k;
        a ——试件面积, ;
        ——热箱空气平均温度 与冷箱空气平均温度 之差,k。
        、 的计算见gb/t 8484-2008。如果试件面积小于试件洞口面积时,式(1)中分子s`•λ• 项为聚苯乙烯泡沫塑料填充板的热损失。
5.⒊⒈5试验结果的表示
    试件传热系数k值取两位有效数字。

5.⒊2抗结露因子试验
5.⒊⒉1试件安装
  1试件安装位置、安装方法均与传热系数试验要求相同。
  2应在试件窗框和玻璃热侧表面共布置20个热电偶〔见标准附录),供计算使用。
5.⒊⒉2试验条件
  1 热箱空气平均温度设定为20±0.5℃,温度波动幅度不应大于±0.3k;
  2 热箱空气为自然对流,其相对湿度小于20%。
  3 冷箱空气平均温度设定范围为-20±0.5℃,温度波动幅度不应大于±0.3k。
  4 与试件冷侧表面距离符合gb/t 13475规定平面内的平均风速为3.0±0.2m/s。
  5 试件冷侧总压力与热侧静压力之差在0±10pa之间。
5.⒊⒉3试验程序
   1 检查热电偶是否完好。
  2 启动检测设备和冷、热箱的温度自控系统,设定冷、热箱和环境空气平均温度分别为-20℃、20℃和20℃。
  3 调节压力控制装置,使热箱静压力和冷箱总压力之间的净压差为0±10pa。
  4 当冷、热箱空气温度达到-20±0.5℃和20±0.5℃后,每隔30分钟测量各控温点温度,检查是否稳定。
  5 当冷、热箱空气温度达到稳定时,启动热箱控湿装置,保证热箱内的最大相对湿度 ≤20%。
  6 2小时后,如果逐时测量得到热箱和冷箱的空气平均温度 和 每小时变化的绝对值与与标准条件相比不超过±0.3℃,总热量输入变化不超过±2%,则表示抗结露因子检测过程已经处于稳定传热传湿过程。
7 抗结露因子检测过程稳定之后,每隔30分钟测量一次参数 、 、 、 、…、 、   ,共测六次。
8 测量结束之后,记录试件热侧表面及玻璃夹层结露、结霜状况。
5.⒊⒉4数据处理
1 各参数取六次测量的平均值。
2 试件抗结露因子crf值按下式计算:
                                  ……  (2)
                                       ……  (3)
                                      ……   (4)

式中 :   ——试件玻璃的抗结露因子;
 ——试件框的抗结露因子;
      ——热箱空气平均温度,℃;
      ——冷箱空气平均温度,℃;
  ——试件玻璃热侧表面平均温度,℃;
  ——试件的框热侧表面平均温度的加权值,℃。
3 试件的框热侧表面平均温度的加权值
试件的框热侧表面平均温度的加权值 由14个规定位置的内表面温度平均值( )和4个位置是非确定的、相比较较低的框温度平均值( )计算得到。
 可通过下式计算得到:
 = (1- )   •                          ……(5)
式中
 ——加权系数,它给出了 和 之间的比例关系,其计算式如下:
                             ……(6)
其中, 为冷箱的空气平均温度,℃;
 为温度修正值,当 为10℃时,加权因子为 0.40。
5.⒊⒉5试验结果的表示
抗结露因子是由加权的玻璃幕墙框温度(或玻璃的平均温度)分别与冷箱的空气温度和热箱的空气温度进行计算得到,所得的两个数值中较低的一个值既为试件的抗结露因子。同时控制在进行各参数采集,
试件抗结露因子 值取2位有效数字。
5.⒊3太阳得热系数试验
5.⒊⒊1试件安装
  试件最大尺寸为:2100mm×2100mm(宽×高)。
5.⒊⒊2试验条件
  1 恒温箱内空气平均温度设定为热箱空气平均温度设定范围为19℃~25℃,温度波动幅度不应大于0.6k。
  2 热计量箱箱内空气平均温度设定为20℃~26℃范围内某一个温度值,温度波动幅度不应大于0.3k。
  3人工模拟光源电流强度控制范围为100a~150a。
  4 检测装置应按附录b的要求事先进行标定。
5.⒊⒊3试验程序
  1安装试件。
  2 启动恒温箱和太阳热计量箱设备。
3控制系统及数据采集系统。
  3 开启人工模拟光源。
  4 5分钟后,启动风扇、制冷水循环系统等相关设备。
  5当恒温箱及和热计量箱内空气温度差稳定在±0.5k后,每隔10分钟测量各控温点温度,检查是否稳定。
  6  2小时后结束测量。
5.⒊⒊4数据处理
  1热计量箱壁板、标定板和传热标准件材料的导热系数由检测部门测得。
  2将各参数测试数据代入公式(7),计算得到试件的太阳得热系数。
     …………(7)
式中:
      —试件的太阳得热系数;
      —测量中通过单位面积玻璃幕墙进入太阳热计量箱内的模拟太阳得热量,w/m2;
                                  …………(8)
      —测量中试件表面接收到人工模拟光源发生的太阳辐射热量,w/m2;
       —玻璃幕墙的有效面积,m2;
       —热计量箱壁传热量,w;
                       …………(9)
 —测量中太阳热计量箱内空气平均温度,℃;
   —测量中环境平均温度,℃;
    —热计量箱壁总热阻,m2 , ℃/w;
5⒊⒊5试验结果的表示
试件太阳得热系数shgc值取2位有效数字。

6试验报告
检测报告应包括以下内容;
    a) 委托和生产单位。
    b) 试件名称、编号、规格、玻璃品种、玻璃及中空玻璃空气层厚度、框面积与玻璃面积之比。
c) 检测依据、检测设备、检测项目、检测类别和检测时间,以及报告日期。
    d) 检测条件:热箱空气平均温度 和空气相对湿度、冷箱空气平均温度 和气流速度。 
  e) 检测结果
①传热系数:试件传热系数k值和等级;试件热侧表面温度、结露和结霜情况。
②抗结露因子:试件的 值和等级;试件玻璃表面(或框表面)的抗结露因子 值,以及 、 , 、w、 的值;试件热侧玻璃表面和框表面的温度、结露情况。
③太阳得热系数shgc值和等级,以及模拟太阳辐射强度。
    f) 测试人、审核人及负责人签名。
g) 检测单位。
h)抗结露因子检测还应包括:
挡风雨条(密封条)类型和尺寸;
排水孔数量、尺寸和位置;
    如果在检测中使用了窗帘,则检测报告中应列出窗帘框的尺寸和材料,窗帘所用布
料和布料的织法,以及窗帘的使用情况。