建筑幕墻氣密性能檢測方法 國標(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)濟全球化的日益深入，國內(nèi)實體單位在國外承接的建設(shè)項目越來越多，國外建筑相關(guān)單位也給予國內(nèi)越來越多的關(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)了需對同一建筑幕墻試件分別按照國標(biāo)和美標(biāo)進行測試的情況，例如本實驗室承接的廣州珠江新城西塔項目、京光廣場（原新國際廣場）續(xù)建工程等均屬于這種情況。

    對于同一建筑幕墻試件，其氣密性能檢測是否有必要既按國標(biāo)又按美標(biāo)進行檢測，兩種檢測方法又有何異同，GB/T 15227-2007規(guī)定了建筑幕墻三性檢測方法，ASTM E283-04規(guī)定了建筑幕墻氣密性能的標(biāo)準(zhǔn)測試方法，本文將通過對上述氣密性能檢測方法國標(biāo)、美標(biāo)的異同分析來探討上述問題。

    GB/T 15227-2007中4.1節(jié)分別從試件規(guī)格、型號、寬度、高度以及試件選樣等方面進行了規(guī)定，強調(diào)試件材料、安裝的受力狀況應(yīng)與實際情況相符，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、細部構(gòu)造、錨固方法等方面進行了規(guī)定，提出試件的結(jié)構(gòu)支承條件盡可能地模擬實際情況。

    對比分析：兩標(biāo)準(zhǔn)對試件的要求均強調(diào)其典型性、與工程實際的一致性，對于試件尺寸方面的要求也基本相同，高度均為一個層高或單元高度。所不同的是對于可開啟部分，國標(biāo)提出“試件上可開啟部分占試件總面積的比例與實際工程接近”，對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較大，因此國標(biāo)的本條規(guī)定較美標(biāo)更具科學(xué)性，測試結(jié)果也更能反映工程的實際情況。

    根據(jù)GB/T 15227-2007中4.1節(jié)的規(guī)定，氣密性能測試程序包括檢測前準(zhǔn)備、預(yù)備加壓及空氣滲透量檢測等3個步驟。檢測前的準(zhǔn)備指對安裝完畢的試件進行檢查，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值為500Pa的壓力差，并保持3s；空氣滲透量檢測即附加空氣滲透量、總滲透量、固定部分空氣滲透量檢測指按照50Pa→100Pa→150Pa→100Pa→50Pa的順序逐級施加正壓力差，并測量各級壓力差下的空氣滲透量，然后按照（-50Pa）→（-100Pa）→（-150Pa）→（-100Pa）→（-50Pa）的順序逐級施加負壓力差，并測量各級壓力差下的空氣滲透量。

    ASTM E283-04中11.1～11.2規(guī)定測試前對安裝完畢的試件進行檢查，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量方法。

    對比分析：不論是按照國標(biāo)還是美標(biāo)的方法進行檢測，均要求檢測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)。國標(biāo)氣密性能測試前較美標(biāo)增加了一個預(yù)加壓的步驟，以保證測試時試件處于穩(wěn)定狀態(tài)。兩標(biāo)準(zhǔn)的氣密性能測試原理相同，用總滲透量減去附加滲透量便得到幕墻試件的滲透量，故需測試的量值一樣，差別在于國標(biāo)需進行固定部分空氣滲透量檢測，這與兩標(biāo)準(zhǔn)對于檢測結(jié)果處理不同息息相關(guān)。另一差別在于測試壓力差，國標(biāo)檢測加壓順序分為正升壓降壓五級、負壓升壓降壓五級共十級，而美標(biāo)并未規(guī)定檢測加壓級數(shù)及需進行負壓氣密性能測試。相比而言，國標(biāo)的多級檢測更能排除數(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。而負壓氣密性能測試，是國標(biāo)較GB/T 15226-1994增加的檢測內(nèi)容，有助于更全面地評定幕墻試件的氣密性能。

    如前所述，國標(biāo)、美標(biāo)氣密性能測試的原理相同，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分別得到幕墻試件單位面積空氣滲透量和單位縫長滲透量，以便于對幕墻試件氣密性能進行分級。以下分別介紹兩標(biāo)準(zhǔn)的氣密性能計算步驟。

    4.1  GB/T 15227-2007

    ①分別計算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（升壓和降壓過程中）總滲透量、附加滲透量、固定部分滲透量的檢測值平均值（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為試驗室氣壓值（kPa）；T為試驗室空氣溫度值（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（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為測試區(qū)空氣密度（kg/ m3）；B為測試區(qū)大氣壓（Pa）；T為流量計中的氣體溫度（℃）。

②通過試件的空氣滲透量：

  

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

③計算試件的空氣滲透率：

  

式中：qι為單位開啟縫長空氣滲透率［L/（s·m）］；l為試件開啟縫長（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)對于檢測結(jié)果的處理是大致相同的，均為將測得的試件滲透量轉(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。對于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，兩標(biāo)準(zhǔn)的定義是有所差別的，國標(biāo)為“溫度293K（20℃）、壓力101.3kPa（760mmHg）、空氣密度1.202kg/m3的試驗條件”，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)致計算的差異，這一點體現(xiàn)在式⑴～⑵中。下面通過實例說明分別按照兩標(biāo)準(zhǔn)對同一幕墻氣密性能結(jié)果進行處理的差異。

    ［實例］2008年7月底，本實驗室對廣州某廣場幕墻試件進行了物理性能檢測，該幕墻試件面積125.18m2，開啟縫長21.6m，可開啟部分所占比例為8.27％，測試區(qū)空氣溫度29.4℃、大氣壓力100.59kPa，氣密性能測試結(jié)果見表1。

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

⑴  按GB/T 15227-2007計算得到的結(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）］。

計算中q₁與Qs相當(dāng)，計算結(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，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，二者比值為0.962；當(dāng)空氣溫度為10℃、大氣壓力為102.3kPa時，二者比值為1.02；因此即使指定壓力差為100Pa時，也不能用國標(biāo)計算結(jié)果結(jié)果q₁′簡單替代美標(biāo)計算結(jié)果qA，而需分別計算。

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

國標(biāo)用于評定的測試壓力差為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建筑幕墻氣密性能進行評定，便于比較各個幕墻間的性能差異；但是對于不同建筑幕墻，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方法，在試件要求、測試程序、結(jié)果處理等3個方面各有異同，當(dāng)選用相同試件、指定測試壓力均為100Pa時，按國標(biāo)進行氣密性能檢測后，可直接將檢測結(jié)果運用美標(biāo)結(jié)果處理方法得到美標(biāo)氣密性能檢測結(jié)果；當(dāng)選用試件一致，指定測試壓力不同時，由于空氣滲透量和檢測壓力差不是簡單的線性關(guān)系，故不能直接進行換算，而需分別進行計算。