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建筑幕墙保温性能及检测方法研究

    2011/12/11 14:33:15 | 3973 人阅读
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1 引言
  建筑幕墙:由面板与支承结构体系(支承装置与支承结构)组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙。
  建筑幕墙,作为一种新型的建筑形式,将建筑美学、建筑功能和建筑结构等多种因素有机地统一起来,能够满足建筑物防雨、抗风、采光、隔热、保温、隔声的功能要求,且具有现代感、自重轻、施工简便、工期较短、维护方便、能适应旧建筑物立面更新的需要等特点。玻璃幕墙得到了我国建筑界的青睐。据不完全统计,玻璃幕墙还在以每年500万平方米的速度增加。目前建筑能耗已占我国能源消耗总量近1/4。建筑围护结构作为建筑物内外可直接交互的物理界面,是影响室内热环境质量和建筑能耗最主要的部分之一。据统计,幕墙等围护结构的由于热传导、热辐射及对流造成的能耗在建筑总能耗中所占的比例约为72%,因此幕墙的节能成为建筑节能非常关键的一个环节。
  合理地利用能源是关系到国民经济是否可持续发展的头等大事,这就要求我们积极行动起来,重视节能降耗工作,提高能源利用的效率。在节能减排降耗作为一项基本国策的今天
,占全国能耗1/4的建筑节能是势在必行的。而占建筑能耗接近y4的门窗、幕墙围护结构的节能工作就不显得特别迫切了。如何运用技术,提高能源利用率,降低公共建筑,尤其是建筑幕墙的能耗,这是一个值得研究的课题,具有重要的现实意义。
  2 幕墙性能及国内检测现状
  “质量兴国”是我国社会主义建设的长期战略方针,提高产品质量和工程质量是我国经济工作的长期战略目标。建设工程是大型的综合性产品,价格昂贵且使用期长,涉及人民生活环境和工作条件的改善,其质量的优劣在整个社会主义经济建设中占有十分重要的地位。
  2.1 建筑幕墙的物理性能
  建筑幕墙作为大型公共建筑的主要围护结构,其物理性能有:抗风压变形性能、水密渗漏性能、气密渗透性能、平面内变形性能和抗震性能、热工性能、空气隔声性能、耐撞击性能、承重力性能、光学性能等。
  2.2 建筑幕墙工程检测的分类和要求
  国内的建筑幕墙工程测试,一是针对材料的测试,例如胶、玻璃等;二是作为系统的物理性能测试,主要是针对幕墙的气密性能、水密性能、抗风压性能和平面位移性能等进行的。
  建筑幕墙的检测要求:
  (1)试件宽度至少应包括一个承受设计载荷的垂直构件。试件高度至少应包括一个层高,并在垂直方向上应有两处或两处以上和承重结构连接,试件组装和安装的受力状况应和实际情况相符。
  (2)单元式幕墙应至少包括一个与实际工程相符的典型十字缝,并有一个完整单元的四边形与实际工程相同的接缝。
  (3)试件应包括典型的垂直接缝、水平接缝和可开启部分,并使试件上可开启部分占试件总面积的比例与实际工程接近。
  2.3 国内幕墙保温性能检测及研究现状
  目前,国内没有符合上述要求的进行幕墙保温性能测试的检测装置,也没有成功测试幕墙保温性能的案例。最接近的是门窗保温性能检测各,但门窗保温性能检测设备的试件洞口尺寸在2000mm×2000mm左右,无法满足幕墙检测的需要。样品尺寸大小的差异导致检测装置空间大小不同,测试空间小的门窗保温性能检测设各很难保证较大的幕墙测试箱体内的气流组织。
  目前国内的幕墙的热工性能的研究主要集中在理论研究、数值计算和模拟分析,所需各种材料的性能参数取自检测结果或相关规定。这样方法并不能真实评价建筑幕墙的保温性能。幕墙的加工工艺,现场安装水平,材料的质量差异等在数值计算和模拟分析时都没有得到有效的体现。比如,板块间的拼接缝,在数值计算和模拟分析时按照没有缝隙的,但却是很多实际工程气密和水密的渗漏的部位。再者,幕墙的边缘,在数值计算和模拟分析时按照绝热处理,实际工程这个部位依旧有热传导和对流。
  目前国内对于围护结构的热工测量所采用的热流计法,主要对象是墙体。这种测试方法不完全适用于幕墙的测试。
  理论研究和模拟计算分析要与试验相结合,互相验证。试验也是研究的重要的手段。缺少试验检验的理论无法指导工程实践。
  综上所述,开展建筑幕墙的保温性能及检测方法研究是非常迫切的。
  3 幕墙的热学分析
  由传热学原理可知热量的交换由寻热、对流和辐射三种方式组合形成,建筑幕墙传热通常是以辐射、对流、导热三种方式同时进行,综合作用的效果,还要考虑太阳辐射热以及空气的渗漏所带来的能董的传递。要想解决建筑幕墙的能耗损失问题,就要对上述二秆热交换进行最有效的阻断。
  3.1 幕墙气密性检测
  实验室的检测依据是GB/T15227-2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》。气密性现场检测原理勹实验室检测原理完全相同,目前国内尚无专业的针对幕墙现场气密性的检测设各。国外文献中有针对建筑物某一房间或门窗的检测设备。

  4 幕墙的传热系数测试及模拟验证
  鉴于国内幕墙保温性能测试空白和测试的重要性,我中心在这方面积极探索和研究。组织专家和相关人员设计、搭建了幕墙传热系数测试平台。进行了一个双层幕墙的传热系数测试,并利用国外成熟软件模拟验证。
  4.1 幕墙传热系数测试
  4.1.1 测试原理及测试系统
  基于稳定传热原理,采用热箱法检测建筑幕墙传热系数。试件一侧为热箱,模拟采暖建筑冬季室内气候条件,另一侧为冷箱,模拟冬季室外气温和气流速度。在对试件缝隙进行密封处理,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,减去通过热箱外壁和试件框的热损失(两者均由标定试验确定),除以试件面积与两侧空气温差的乘积,即可计算出试件的传热系数U值。

  4.2 幕墙传热系数模拟计算验证
  幕墙的热工模拟是基于有限元理论的两维温度场的计算。幕墙热工计算需要掌握幕墙节点构造基本知识、温度场有限元计算理论。建模是否合理非常关键,应通过各种途径验证热工计算的物理模型、数学模型是否符合实际工况。试验测试是最重要的验证方法。应用软件还有加拿大Watedoo大学的Ⅴision、欧洲的WIS和GLAD等。计算单元板块一般选择为经典的版块进行,对称轴处按边缘绝热处理。

 

 

  我们采用Lawrence Berkeley Laboratoly软件0PrIcs、THERM、WINDOW进行节点和板块的热工计算。现简要介绍一下节点模拟计算的情况。

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