建筑幕墻氣密性能檢測(cè)方法 國(guó)標(biāo)美標(biāo)異同分析

    氣密性能作為建筑幕墻三性之一，是衡量其是否節(jié)能、是否滿足人類舒適性要求的重要指標(biāo)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的日益深入，國(guó)內(nèi)實(shí)體單位在國(guó)外承接的建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，國(guó)外建筑相關(guān)單位也給予國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的關(guān)注。但是，由于中外標(biāo)準(zhǔn)體系的差異性，建筑工程相關(guān)單位對(duì)于工程性能判定的依據(jù)也有所不同，因此就出現(xiàn)了需對(duì)同一建筑幕墻試件分別按照國(guó)標(biāo)和美標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的情況，例如本實(shí)驗(yàn)室承接的廣州珠江新城西塔項(xiàng)目、京光廣場(chǎng)（原新國(guó)際廣場(chǎng)）續(xù)建工程等均屬于這種情況。

    對(duì)于同一建筑幕墻試件，其氣密性能檢測(cè)是否有必要既按國(guó)標(biāo)又按美標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，兩種檢測(cè)方法又有何異同，GB/T 15227-2007規(guī)定了建筑幕墻三性檢測(cè)方法，ASTM E283-04規(guī)定了建筑幕墻氣密性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，本文將通過(guò)對(duì)上述氣密性能檢測(cè)方法國(guó)標(biāo)、美標(biāo)的異同分析來(lái)探討上述問(wèn)題。

    GB/T 15227-2007中4.1節(jié)分別從試件規(guī)格、型號(hào)、寬度、高度以及試件選樣等方面進(jìn)行了規(guī)定，強(qiáng)調(diào)試件材料、安裝的受力狀況應(yīng)與實(shí)際情況相符，并明確提出使試件上可開啟部分占試件總面積的比例與實(shí)際工程接近。

    而ASTM E283-04中8.1節(jié)則從試件的寬度、高度、材料、細(xì)部構(gòu)造、錨固方法等方面進(jìn)行了規(guī)定，提出試件的結(jié)構(gòu)支承條件盡可能地模擬實(shí)際情況。

    對(duì)比分析：兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試件的要求均強(qiáng)調(diào)其典型性、與工程實(shí)際的一致性，對(duì)于試件尺寸方面的要求也基本相同，高度均為一個(gè)層高或單元高度。所不同的是對(duì)于可開啟部分，國(guó)標(biāo)提出“試件上可開啟部分占試件總面積的比例與實(shí)際工程接近”，對(duì)于建筑幕墻的氣密性能而言，可開啟部分所占比例大小的影響相對(duì)較大，因此國(guó)標(biāo)的本條規(guī)定較美標(biāo)更具科學(xué)性，測(cè)試結(jié)果也更能反映工程的實(shí)際情況。

    根據(jù)GB/T 15227-2007中4.1節(jié)的規(guī)定，氣密性能測(cè)試程序包括檢測(cè)前準(zhǔn)備、預(yù)備加壓及空氣滲透量檢測(cè)等3個(gè)步驟。檢測(cè)前的準(zhǔn)備指對(duì)安裝完畢的試件進(jìn)行檢查，并將可開啟部分開關(guān)不少于5次；預(yù)備加壓即以100Pa/s的速度向試件施加絕對(duì)值為500Pa的壓力差，并保持3s；空氣滲透量檢測(cè)即附加空氣滲透量、總滲透量、固定部分空氣滲透量檢測(cè)指按照50Pa→100Pa→150Pa→100Pa→50Pa的順序逐級(jí)施加正壓力差，并測(cè)量各級(jí)壓力差下的空氣滲透量，然后按照（-50Pa）→（-100Pa）→（-150Pa）→（-100Pa）→（-50Pa）的順序逐級(jí)施加負(fù)壓力差，并測(cè)量各級(jí)壓力差下的空氣滲透量。

    ASTM E283-04中11.1～11.2規(guī)定測(cè)試前對(duì)安裝完畢的試件進(jìn)行檢查，確保試件可開啟部分未被堵塞，各組件滿足其使用要求，而11.3中同樣提出將試件可開啟部分開關(guān)5次的要求，11.4、11.5則分別規(guī)定了總滲透量和附加滲透量的測(cè)量方法。

    對(duì)比分析：不論是按照國(guó)標(biāo)還是美標(biāo)的方法進(jìn)行檢測(cè)，均要求檢測(cè)前將可開啟部分完全啟閉5次，以保證可開啟部分處于可用狀態(tài)。國(guó)標(biāo)氣密性能測(cè)試前較美標(biāo)增加了一個(gè)預(yù)加壓的步驟，以保證測(cè)試時(shí)試件處于穩(wěn)定狀態(tài)。兩標(biāo)準(zhǔn)的氣密性能測(cè)試原理相同，用總滲透量減去附加滲透量便得到幕墻試件的滲透量，故需測(cè)試的量值一樣，差別在于國(guó)標(biāo)需進(jìn)行固定部分空氣滲透量檢測(cè)，這與兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于檢測(cè)結(jié)果處理不同息息相關(guān)。另一差別在于測(cè)試壓力差，國(guó)標(biāo)檢測(cè)加壓順序分為正升壓降壓五級(jí)、負(fù)壓升壓降壓五級(jí)共十級(jí)，而美標(biāo)并未規(guī)定檢測(cè)加壓級(jí)數(shù)及需進(jìn)行負(fù)壓氣密性能測(cè)試。相比而言，國(guó)標(biāo)的多級(jí)檢測(cè)更能排除數(shù)據(jù)采集的偶然失誤，便于觀察幕墻試件在不同壓力差下滲透量的變化規(guī)律。而負(fù)壓氣密性能測(cè)試，是國(guó)標(biāo)較GB/T 15226-1994增加的檢測(cè)內(nèi)容，有助于更全面地評(píng)定幕墻試件的氣密性能。

    如前所述，國(guó)標(biāo)、美標(biāo)氣密性能測(cè)試的原理相同，均為用總滲透量減去基本滲透量得到幕墻試件的滲透量，然后將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣滲透量，除以試件面積和開啟縫長(zhǎng)分別得到幕墻試件單位面積空氣滲透量和單位縫長(zhǎng)滲透量，以便于對(duì)幕墻試件氣密性能進(jìn)行分級(jí)。以下分別介紹兩標(biāo)準(zhǔn)的氣密性能計(jì)算步驟。

    4.1  GB/T 15227-2007

    ①分別計(jì)算100Pa 壓力差下整體幕墻試件（含可開啟部分，以下同）空氣滲透量q1（m3/h）和可開啟部分空氣滲透量qk（m3 /h）：

  

    式中：qz、qf、qg分別為兩次（升壓和降壓過(guò)程中）總滲透量、附加滲透量、固定部分滲透量的檢測(cè)值平均值（m3/ h）。

    ②將qt、qk分別換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的滲透量值q1、q2：

   

    式中：q1、q2分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下整體幕墻試件和幕墻試件可開啟部分的空氣滲透量（m3/h）；P為試驗(yàn)室氣壓值（kPa）；T為試驗(yàn)室空氣溫度值（K）。

    ③分別將q1、q2除以試件總面積A和試件可開啟縫長(zhǎng)l 得到幕墻試件單位面積空氣滲透量q1′、q2′：

  

    式中：q1′為100Pa下整體幕墻試件單位面積空氣滲透量［m3/（m2·h）］；q2′為100Pa下幕墻試件可開啟部分的單位縫長(zhǎng)空氣滲透量［m3/（m·h）］；A為試件總面積（m2）；l為試件可開啟部分的開啟縫長(zhǎng)（m）。

    4.2   ASTM E283-04

    ①將總滲透量Qt和附加滲透量Qe轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的形式Qst：

  

式中：Q為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量（L/s）；Qst為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量（L/s）；Ws為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度，取1.202kg /m3；W為測(cè)試區(qū)空氣密度（kg/ m3）；B為測(cè)試區(qū)大氣壓（Pa）；T為流量計(jì)中的氣體溫度（℃）。

②通過(guò)試件的空氣滲透量：

  

式中：Qs為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下通過(guò)試件的流量（L/s）。

③計(jì)算試件的空氣滲透率：

  

式中：qι為單位開啟縫長(zhǎng)空氣滲透率［L/（s·m）］；l為試件開啟縫長(zhǎng)（m）；qA為單位面積空氣滲透率［L/（s·m）］；A為試件總面積（m2）。    

由此可見，兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的處理是大致相同的，均為將測(cè)得的試件滲透量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的試件滲透量，然后求得單位縫長(zhǎng)滲透率和單位面積滲透率作為最終結(jié)果。不同之處在于，國(guó)標(biāo)先求得試件滲透量再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的試件滲透量，而美標(biāo)則是先將測(cè)得的滲透量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的滲透量，然后再求得試件滲透量，由數(shù)學(xué)原理可知，二者是一致的。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，兩標(biāo)準(zhǔn)的定義是有所差別的，國(guó)標(biāo)為“溫度293K（20℃）、壓力101.3kPa（760mmHg）、空氣密度1.202kg/m3的試驗(yàn)條件”，而美標(biāo)則為：“如下狀態(tài)的干燥空氣：壓力101.3kPa、溫度20.8℃、空氣密度1.202kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的不同，導(dǎo)致計(jì)算的差異，這一點(diǎn)體現(xiàn)在式⑴～⑵中。下面通過(guò)實(shí)例說(shuō)明分別按照兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一幕墻氣密性能結(jié)果進(jìn)行處理的差異。

    ［實(shí)例］2008年7月底，本實(shí)驗(yàn)室對(duì)廣州某廣場(chǎng)幕墻試件進(jìn)行了物理性能檢測(cè)，該幕墻試件面積125.18m2，開啟縫長(zhǎng)21.6m，可開啟部分所占比例為8.27％，測(cè)試區(qū)空氣溫度29.4℃、大氣壓力100.59kPa，氣密性能測(cè)試結(jié)果見表1。

    分別根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 15227-2007和ASTM E283-04規(guī)定的計(jì)算步驟進(jìn)行計(jì)算，得到的結(jié)果如下（為便于比較，計(jì)算結(jié)果均采用國(guó)際制單位表示，且假定指定壓力差為100Pa）：

⑴  按GB/T 15227-2007計(jì)算得到的結(jié)果

正壓力差qt＝73.105m3/h，qĸ＝44.24m3/h，q₁、q₂＝70.34，42.56m3/h，q₁′、q₂′＝0.56，1.97m3/h；負(fù)壓力差-qt＝31.07m3/h，-qĸ＝3.755m3/h，-q₁、-q₂＝29.89，3.61m3/h，-q₁′、-q₂′＝0.24，0.17m3/h。

⑵   按ASTM E 283-04計(jì)算得到的結(jié)果

正壓力差Qt，st＝126.85m3/h，Qe，st＝55.05m3/h，Qs＝73.11m3/ h，qA＝0.58［m3/（m2·h）］，ql＝3.38［m3/（m·h）］。

計(jì)算中q₁與Qs相當(dāng)，計(jì)算結(jié)果表明，由于式⑴、⑵的差異導(dǎo)致同一物理量的數(shù)值出現(xiàn)差異，但一旦環(huán)境參數(shù)（空氣溫度、大氣壓力）確定，q₁/Qs即已確定，如當(dāng)空氣溫度為20℃、大氣壓力為100.3kPa時(shí)，二者比值為1.00，而當(dāng)空氣溫度為29.4℃、大氣壓力為100.59kPa時(shí)，二者比值為0.962；當(dāng)空氣溫度為10℃、大氣壓力為102.3kPa時(shí)，二者比值為1.02；因此即使指定壓力差為100Pa時(shí)，也不能用國(guó)標(biāo)計(jì)算結(jié)果結(jié)果q₁′簡(jiǎn)單替代美標(biāo)計(jì)算結(jié)果qA，而需分別計(jì)算。

另外，國(guó)標(biāo)、美標(biāo)對(duì)于可開啟縫長(zhǎng)空氣滲透率的定義有所差異，國(guó)標(biāo)是將可開啟部分的凈空氣滲透量除以可開啟縫長(zhǎng)，而美標(biāo)則是將幕墻整體空氣滲透量除以可開啟縫長(zhǎng)，因此計(jì)算得到的結(jié)果，美標(biāo)恒大于國(guó)標(biāo)計(jì)算結(jié)果。這是由于兩標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于幕墻滲透性能的側(cè)重點(diǎn)不同，美標(biāo)側(cè)重于對(duì)試件整體氣密性能的評(píng)定，可開啟部分亦是作為幕墻整體的一部分來(lái)進(jìn)行考慮，而國(guó)標(biāo)則側(cè)重于對(duì)幕墻氣密性能分別考慮，若幕墻氣密性能不理想，則由檢測(cè)結(jié)果即可立判其是由于幕墻哪一部分造成。

國(guó)標(biāo)用于評(píng)定的測(cè)試壓力差為100Pa，而美標(biāo)則為指定壓力差。全部采用100Pa壓力差下的空氣滲透量對(duì)建筑幕墻氣密性能進(jìn)行評(píng)定，便于比較各個(gè)幕墻間的性能差異；但是對(duì)于不同建筑幕墻，由于所處地區(qū)、建筑高度等的差異，環(huán)境壓力差是不同的，因此美標(biāo)考慮測(cè)定指定壓力差下的空氣滲透量更為合理。

綜上所述，GB/T 15227-2007和ASTM E283-04規(guī)定的建筑幕墻氣密性能檢測(cè)方法，在試件要求、測(cè)試程序、結(jié)果處理等3個(gè)方面各有異同，當(dāng)選用相同試件、指定測(cè)試壓力均為100Pa時(shí)，按國(guó)標(biāo)進(jìn)行氣密性能檢測(cè)后，可直接將檢測(cè)結(jié)果運(yùn)用美標(biāo)結(jié)果處理方法得到美標(biāo)氣密性能檢測(cè)結(jié)果；當(dāng)選用試件一致，指定測(cè)試壓力不同時(shí)，由于空氣滲透量和檢測(cè)壓力差不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，故不能直接進(jìn)行換算，而需分別進(jìn)行計(jì)算。