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2019-01-31 11:37:22 | 分类:默认分类 | 标签:

摘要:门窗幕墙作为围护结构节能的薄弱环节,其热工性能已经成为建筑节能设计、工程验收的重要指标之一。目前国家标准《建筑节能工程施工质量验收规范》GB 50411-2007)也把玻璃的遮阳系数作为门窗、幕墙节能工程验收的指标之一。但是对于玻璃产品设计、工程验收,目前存在依据标准不一致的问题,及在工程中玻璃产品进场复验时如何取样等问题,目前的相关标准中都没有明确,为节能工程验收带来了很多隐患。本文旨在提出这些问题,指出玻璃遮阳系数检测方法标准及工程检测中存在的困难,其中着重分析中外玻璃热工计算标准体系的差异,为我国玻璃遮阳系数检测标准的修订提供参考。关键词:遮阳系数检测 标准太阳光谱 玻璃样品

1 概述  目前,建筑节能已经成为全世界的共识,建筑门窗、幕墙作为围护结构节能的薄弱环节,成为建筑中最受关注的重点。《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)、《建筑节能施工质量验收规范》等相关建筑节能设计、工程验收标准先后颁布实施,对门窗、幕墙的节能设计、工程验收都提出了明确要求。特别是《建筑节能施工质量验收规范》(GB 50411-2007)(以下简称“GB 50411”)于2008年实施之后,各地建筑工程均开始了节能验收工作,其中就对玻璃的遮阳系数提出了进场复验的要求。但是在近3年的节能验收工作中,我们逐渐发现玻璃遮阳系数检测存在以下的问题:  (1)多年以来,我国的工程界一直在采用国外的标准体系与相关计算软件,在GB 50411对玻璃遮阳系数提出进场复验要求之后,相关单位多数采用国标《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线反射比及有关窗玻璃参数的测定》(-94)(以下简称“GB 2680”)作为测试标准进行玻璃的遮阳系数测试,但是此标准中并未给出中空玻璃遮阳系数的详细测试、计算方法,也有依据行业标准《建筑玻璃应用技术规程》(JGJ 113-2003)(以下简称“JGJ 113”)进行计算,更有依据国外标准的情况,这就出现了由于标准依据不同导致的检测差异,对节能验收工作带来了困难。  (2)按照GB 2680,采用分光光度计进行玻璃系数检测时,对玻璃样品尺寸有限制要求,多数仪器均要求在100mm×100mm以内。GB 50411规定需要对玻璃遮阳系数进行进场复验,并采用现场见证取样。目前工程使用的均为钢化玻璃,无法切割为仪器可使用的样品尺寸,工程检测只能使用玻璃生产商另外制作的样品,也就是无法真正实现工程现场见证取样送检,所以目前的玻璃遮阳系数检测标准并不完全能适应工程验收需要。  2 国外玻璃热工计算标准体系  国外的幕墙、门窗热工计算标准体系早已经在上世纪80年代就已经建立,我国历经多年研究,国家行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工性能计算规程》(JGJ/T 151-2008)(以下简称“JGJ/T 151”)也终于在2009年5月颁布实施,在玻璃光学热工性能计算、框传热二维有限元分析计算、门窗幕墙热工计算等均已经有了完善的标准体系和软件产品。玻璃热工测试、计算在欧盟、美国、日本等早已广泛开展。目前国外主要有两个标准体系:  (1)ISO(EN)标准体系;  (2)美国NFRC标准体系。  2.1 ISO标准体系  ISO标准体系是一个较完整的体系,包含玻璃光学热工、框热工性能、门窗幕墙热工计算等一系列方法标准,其中与玻璃热工计算相关的标准如表1所示。

关于玻璃遮阳系数检测标准的若干问题研究

  3 我国门窗幕墙热工计算标准体系  我国在研究、总结欧美国家相关技术标准的基础之上,结合我国的工程标准,由广东省建筑科学研究、中国建筑科学研究院等单位编制了国内首本门窗幕墙热工性能计算标准——《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T 151-2008),并于2009年5月1日起实施。JGJ/T 151对以下内容都给出了相应的计算方法:  (1)玻璃光学热工性能计算;  (2)框传热计算(线传热系数法);  (3)门窗幕墙热工性能计算;  (4)结露性能评价、计算;  (6)遮阳系统计算;  (7)通风空气间层传热计算;  (8)计算边界条件。  该标准颁布实施之前,国内与玻璃光学、热工相关的标准有GB 2680、JGJ 113等,这些标准均没有完整、系统的玻璃热工计算方法,这些标准均不能解决中空玻璃空气间层的传热计算,不能满足目前的玻璃节能设计、测试的要求。  下面本文着重论述国外门窗幕墙热工计算标准体系在玻璃遮阳系数测试与计算上的差异。  4 国内外玻璃热工性能计算标准体系对比  我国JGJ/T 151和美国NFRC标准体系在编制的过程中都参考和引用了ISO(EN)的计算方法,但由于各国工程实际情况等方面的不同,在计算边界条件、玻璃光学热工计算方面仍存在不少的差异。  4.1计算边界条件  计算边界条件主要取决于各地的气候与气象参数,是玻璃热工计算的基础,对玻璃热工性能计算结果有巨大的影响,即使是同一款玻璃产品,使用不同的计算边界条件,都会计算得到不同的热工性能参数,对于不同气候区的建筑的作用也是完全不同,甚至相反的。  计算边界条件包括两类:标准计算边界条件、工程实际计算边界条件。设计或评价玻璃定型产品的热工性能时,应采用标准计算条件;在进行实际工程设计时,应根据相应的建筑设计或节能设计标准来确定工程实际计算边界条件。  所以确定标准的计算边界条件是玻璃产品热工性能设计的前提,各标准体系的标准计算边界条件存在着较大的差别,如表3所示。

关于玻璃遮阳系数检测标准的若干问题研究

  一般情况下,标准规定采用冬季条件计算玻璃的传热系数,采用夏季条件计算玻璃的遮阳系数。由表3可以发现:  (1)我国基本采用ISO标准体系,定义的边界条件与ISO标准基本一致,主要是冬、夏季室内温度、夏季室外温度、室内对流换热系数、太阳辐射照度全部一样,但美国NFRC体系存在差异,特别是室内对流换热系数采用美国ASHRAE的相关规定。  (2)三个标准体系规定的室内空气温度差别不大,这主要是因为建筑室内的设计温度一般比较接近。(3)JGJ/T 151的室外对流换热系数与ISO标准差别较大,一方面是由于我国所处气候区域与欧洲有差别,另一方面也是考虑为了与我国其它建筑工程标准,特别是《民用建筑热工设计规范》、《建筑门窗保温性能检测与分级标准》等相关标准相互协调,更符合我国的工程实际情况。  对于工程验收来说,我们强调的玻璃产品进场复验,应该采用与产品设计时相同的边界条件,才能实现真正的“验货”检验。但是目前玻璃产品在设计时使用条件并不完全与工程一致,存在有使用标准边界条件,也有使用工程设计条件,但是检测机构还没有发现此问题,基本都是采用标准计算条件,这也是我们今后工程检测需要注意的问题。  4.2玻璃光学热工计算  玻璃是门窗、幕墙最重要的组成部分,也是门窗、幕墙热工性能优劣的关键。由表1、表2可知ISO(EN)、NFRC标准体系中计算玻璃光学热工性能的标准分别为ISO 10599、ISO 9050、NFRC300,其中ISO 9050是玻璃光学性能的计算标准,而ISO 10599更为全面,兼顾玻璃光学和热工计算两方面。美国的NFRC300与我国JGJ/T 151中的玻璃光学热工计算方法都是以这两个ISO标准为基础建立起来的。

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  单片玻璃的太阳光直接透射比 应按下式计算:

关于玻璃遮阳系数检测标准的若干问题研究

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  由于ISO(EN)、JGJ/T 151与NFRC光学性能时引用不同的标准光谱数据,在计算玻璃光学热工性能时会造成较大的差异。作者分别采用广东省建筑科学研究院依据JGJ/T 151开发的粤建科®MQMC软件和依据美国NFRC标准开发的LBNL软件计算玻璃光学热工性能,进行对比,结果如表4所示。

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  通过表中数据对比,不难发现:标准太阳光谱数据的不同对遮阳系数影响很大,尤其是Low-E玻璃,差异在5%~13%。  我国JGJ/T 151标准发布实施之前,国内很多玻璃企业设计、部分检测机构测试一直在用美国的标准体系,JGJ/T 151实施以后,已经被GB 50411引用,不少玻璃企业、检测机构还没有认识到这个问题,仍采用国外的技术标准和计算软件,出现标准使用混乱的情况,存在着玻璃产品设计与工程验收标准不一致而导致工程项目无法通过验收的隐患,这个问题应引起国内玻璃企业、检测机构的重视。  5 玻璃样品尺寸  GB 2680、JGJ/T151中对于玻璃遮阳系数的测试与计算,都是在采用分光光度计及红外光谱仪之类的仪器按照一定波段间隔,测试出波长在300nm~2500nm之间的玻璃透射比、两面的反射比的光谱数据之后,再进行相关计算得到遮阳系数。那么在采用分光光度计进行玻璃系数检测时,对玻璃样品尺寸有限制要求,多数仪器均要求在100mm×100mm以内。  目前工程使用的均为钢化玻璃,无法进行切割,对玻璃遮阳系数进行进场复验时,只能使用玻璃生产商另外制作的样品,也就是无法真正实现工程现场见证取样送检。  在设备商的帮助下,广东省建筑科学研究院将使用传统的分光光度计测试仪器改造为可测试大玻璃样品的试验台,作者做了对相同的中空玻璃(6镀膜+9A+6C) 、不同尺寸样品,按照JGJ/T151进行了测试、研究,比较结果如表5所示。P align=center>关于玻璃遮阳系数检测标准的若干问题研究

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  通过上表中的数据,可以发现:  (1)在太阳波段内,透射比、反射比测试曲线有很好的一致性,所以可见光透射比、太阳能直接透射比也基本一致,但在远红外区域,反射比曲线差异相对大一些;  (2)普通玻璃的测试曲线较镀膜玻璃一致性更好;  (3)虽然测试曲线有一定差异,但中空玻璃遮阳系数最终计算结果基本一致。6 结论  综合以上研究与分析,作者提出以下结论:  (1)由于我国的门窗幕墙热工计算标准JGJ/T151颁布实施时间较短,存在遮阳系数测试依据标准使用混乱的情况。我国的JGJ/T151基本采用了ISO(EN)标准体系,规定了我国评价定型产品时的统一边界条件,与国外两个标准体系有一定差别,但与我国其它工程技术标准相协调,更符合我国实际情况。  (2)只依据GB2680、JGJ 113等标准,无法准确测试、计算出玻璃的遮阳系数,不能满足工程需要,且与玻璃产品设计、计算方法标准不一致,如应用于工程验收,必将导致设计与验收不一致,不能满足产品进场复验的要求。JGJ151中的玻璃遮阳系数测试、计算方法已经被GB 50411引用,作为工程验收的标准依据。  (3)ISO(EN)、JGJ/T151和NFRC标准体系计算玻璃光学热工性能时计算方法基本相同,但在引用标准太阳光谱时有较大的差别。ISO(EN)、JGJ/T151合理的引用了ISO 9845-1 Table 1第5列标准光谱数据(直射+散射),NFRC 300却引用了第2列标准光谱数据(直射),对玻璃的遮阳系数影响很大,尤其是Low-E玻璃。目前不少玻璃企业、检测机构还没有认识到这个问题,仍采用国外的技术标准和计算软件,存在着玻璃产品设计与工程验收标准不一致而导致工程项目无法通过验收的隐患,这个问题应引起国内玻璃企业、检测机构的高度重视。  (4)JGJ 151具有玻璃光学热工完善的计算方法,并且与此标准配套的粤建科MQMC软件也已经推出,可以满足我国玻璃光学热工测试、计算的实际需要,我们应该在产品设计、热工测试工作中严格执行我国的行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工性能计算规程》(JGJ/T 151-2008)。  (5)在工程检测中,目前大多数测试仪器对玻璃样品尺寸的限制,只能另外制作测试样品,很难保证与工程现场产品的一致性,导致了无法真正做到工程现场抽样,这是目前困扰节能工程验收最大的问题之一。目前已有比较可行的实验台改造方法,可基本满足大尺寸玻璃光学测试需求,但是同时带来了亟需解决的问题:1)大尺寸玻璃光学测试方法目前没有相应的方法标准;3)因为工程实际使用的玻璃镀膜存在不均匀性,光学测试区域的选择对测试结果有较大影响,如何选择测试点也是很重要的问题之一;3)此方法对于工程验收来说,操作性强,但是也会与玻璃标准样品测试之间存在一定的误差,如何评价此误差。所以,若想将此测试方法真正应用于工程验收,还需要做进一步的研究,形成方法标准。  除以上结论之外,关于遮阳系数测试,作者还提出以下问题:  (1)关于“遮阳系数”与“遮蔽系数”两个术语使用存在混乱,遮蔽系数来源于GB2680,且计算与JGJ 151存在差异,建议应统一使用JGJ 151中的“遮阳系数”的术语与计算方法,更好的与国际接轨。  (2)遮阳系数与计算边界条件有密切关系,但是目前玻璃生产企业、检测机构对于工程设计也都是采用标准计算条件,而不是使用工程所在地的气象参数相应的计算条件,这也是我们今后检测工作中需要加强关注的问题,也是需要节能工程验收规范中需要进一步明确的问题。  (3)玻璃遮阳系数测试中样品如何制备、样品数量如何确定,这也是目前所有测试标准中没有明确的问题。


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