建筑幕墙气密性能检测方法 国标美标异同分析

    气密性能作为建筑幕墙三性之一，是衡量其是否节能、是否满足人类舒适性要求的重要指标。随着经济全球化的日益深入，国内实体单位在国外承接的建设项目越来越多，国外建筑相关单位也给予国内越来越多的关注。但是，由于中外标准体系的差异性，建筑工程相关单位对于工程性能判定的依据也有所不同，因此就出现了需对同一建筑幕墙试件分别按照国标和美标进行测试的情况，例如本实验室承接的广州珠江新城西塔项目、京光广场（原新国际广场）续建工程等均属于这种情况。

    对于同一建筑幕墙试件，其气密性能检测是否有必要既按国标又按美标进行检测，两种检测方法又有何异同，GB/T 15227-2007规定了建筑幕墙三性检测方法，ASTM E283-04规定了建筑幕墙气密性能的标准测试方法，本文将通过对上述气密性能检测方法国标、美标的异同分析来探讨上述问题。

    GB/T 15227-2007中4.1节分别从试件规格、型号、宽度、高度以及试件选样等方面进行了规定，强调试件材料、安装的受力状况应与实际情况相符，并明确提出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。

    而ASTM E283-04中8.1节则从试件的宽度、高度、材料、细部构造、锚固方法等方面进行了规定，提出试件的结构支承条件尽可能地模拟实际情况。

    对比分析：两标准对试件的要求均强调其典型性、与工程实际的一致性，对于试件尺寸方面的要求也基本相同，高度均为一个层高或单元高度。所不同的是对于可开启部分，国标提出“试件上可开启部分占试件总面积的比例与实际工程接近”，对于建筑幕墙的气密性能而言，可开启部分所占比例大小的影响相对较大，因此国标的本条规定较美标更具科学性，测试结果也更能反映工程的实际情况。

    根据GB/T 15227-2007中4.1节的规定，气密性能测试程序包括检测前准备、预备加压及空气渗透量检测等3个步骤。检测前的准备指对安装完毕的试件进行检查，并将可开启部分开关不少于5次；预备加压即以100Pa/s的速度向试件施加绝对值为500Pa的压力差，并保持3s；空气渗透量检测即附加空气渗透量、总渗透量、固定部分空气渗透量检测指按照50Pa→100Pa→150Pa→100Pa→50Pa的顺序逐级施加正压力差，并测量各级压力差下的空气渗透量，然后按照（-50Pa）→（-100Pa）→（-150Pa）→（-100Pa）→（-50Pa）的顺序逐级施加负压力差，并测量各级压力差下的空气渗透量。

    ASTM E283-04中11.1～11.2规定测试前对安装完毕的试件进行检查，确保试件可开启部分未被堵塞，各组件满足其使用要求，而11.3中同样提出将试件可开启部分开关5次的要求，11.4、11.5则分别规定了总渗透量和附加渗透量的测量方法。

    对比分析：不论是按照国标还是美标的方法进行检测，均要求检测前将可开启部分完全启闭5次，以保证可开启部分处于可用状态。国标气密性能测试前较美标增加了一个预加压的步骤，以保证测试时试件处于稳定状态。两标准的气密性能测试原理相同，用总渗透量减去附加渗透量便得到幕墙试件的渗透量，故需测试的量值一样，差别在于国标需进行固定部分空气渗透量检测，这与两标准对于检测结果处理不同息息相关。另一差别在于测试压力差，国标检测加压顺序分为正升压降压五级、负压升压降压五级共十级，而美标并未规定检测加压级数及需进行负压气密性能测试。相比而言，国标的多级检测更能排除数据采集的偶然失误，便于观察幕墙试件在不同压力差下渗透量的变化规律。而负压气密性能测试，是国标较GB/T 15226-1994增加的检测内容，有助于更全面地评定幕墙试件的气密性能。

    如前所述，国标、美标气密性能测试的原理相同，均为用总渗透量减去基本渗透量得到幕墙试件的渗透量，然后将其换算成标准状态下的空气渗透量，除以试件面积和开启缝长分别得到幕墙试件单位面积空气渗透量和单位缝长渗透量，以便于对幕墙试件气密性能进行分级。以下分别介绍两标准的气密性能计算步骤。

    4.1  GB/T 15227-2007

    ①分别计算100Pa 压力差下整体幕墙试件（含可开启部分，以下同）空气渗透量q1（m3/h）和可开启部分空气渗透量qk（m3 /h）：

  

    式中：qz、qf、qg分别为两次（升压和降压过程中）总渗透量、附加渗透量、固定部分渗透量的检测值平均值（m3/ h）。

    ②将qt、qk分别换算成标准状态下的渗透量值q1、q2：

   

    式中：q1、q2分别为标准状态下整体幕墙试件和幕墙试件可开启部分的空气渗透量（m3/h）；P为试验室气压值（kPa）；T为试验室空气温度值（K）。

    ③分别将q1、q2除以试件总面积A和试件可开启缝长l 得到幕墙试件单位面积空气渗透量q1′、q2′：

  

    式中：q1′为100Pa下整体幕墙试件单位面积空气渗透量［m3/（m2·h）］；q2′为100Pa下幕墙试件可开启部分的单位缝长空气渗透量［m3/（m·h）］；A为试件总面积（m2）；l为试件可开启部分的开启缝长（m）。

    4.2   ASTM E283-04

    ①将总渗透量Qt和附加渗透量Qe转换为标准状态下的形式Qst：

  

式中：Q为非标准状态下的流量（L/s）；Qst为标准状态下的流量（L/s）；Ws为标准状态下的空气密度，取1.202kg /m3；W为测试区空气密度（kg/ m3）；B为测试区大气压（Pa）；T为流量计中的气体温度（℃）。

②通过试件的空气渗透量：

  

式中：Qs为标准状态下通过试件的流量（L/s）。

③计算试件的空气渗透率：

  

式中：qι为单位开启缝长空气渗透率［L/（s·m）］；l为试件开启缝长（m）；qA为单位面积空气渗透率［L/（s·m）］；A为试件总面积（m2）。    

由此可见，两标准对于检测结果的处理是大致相同的，均为将测得的试件渗透量转换为标准状态下的试件渗透量，然后求得单位缝长渗透率和单位面积渗透率作为最终结果。不同之处在于，国标先求得试件渗透量再转换为标准状态下的试件渗透量，而美标则是先将测得的渗透量转换为标准状态下的渗透量，然后再求得试件渗透量，由数学原理可知，二者是一致的。对于标准状态，两标准的定义是有所差别的，国标为“温度293K（20℃）、压力101.3kPa（760mmHg）、空气密度1.202kg/m3的试验条件”，而美标则为：“如下状态的干燥空气：压力101.3kPa、温度20.8℃、空气密度1.202kg/m3，标准状态的不同，导致计算的差异，这一点体现在式⑴～⑵中。下面通过实例说明分别按照两标准对同一幕墙气密性能结果进行处理的差异。

    ［实例］2008年7月底，本实验室对广州某广场幕墙试件进行了物理性能检测，该幕墙试件面积125.18m2，开启缝长21.6m，可开启部分所占比例为8.27％，测试区空气温度29.4℃、大气压力100.59kPa，气密性能测试结果见表1。

    分别根据国标GB/T 15227-2007和ASTM E283-04规定的计算步骤进行计算，得到的结果如下（为便于比较，计算结果均采用国际制单位表示，且假定指定压力差为100Pa）：

⑴  按GB/T 15227-2007计算得到的结果

正压力差qt＝73.105m3/h，qĸ＝44.24m3/h，q₁、q₂＝70.34，42.56m3/h，q₁′、q₂′＝0.56，1.97m3/h；负压力差-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计算得到的结果

正压力差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）］。

计算中q₁与Qs相当，计算结果表明，由于式⑴、⑵的差异导致同一物理量的数值出现差异，但一旦环境参数（空气温度、大气压力）确定，q₁/Qs即已确定，如当空气温度为20℃、大气压力为100.3kPa时，二者比值为1.00，而当空气温度为29.4℃、大气压力为100.59kPa时，二者比值为0.962；当空气温度为10℃、大气压力为102.3kPa时，二者比值为1.02；因此即使指定压力差为100Pa时，也不能用国标计算结果结果q₁′简单替代美标计算结果qA，而需分别计算。

另外，国标、美标对于可开启缝长空气渗透率的定义有所差异，国标是将可开启部分的净空气渗透量除以可开启缝长，而美标则是将幕墙整体空气渗透量除以可开启缝长，因此计算得到的结果，美标恒大于国标计算结果。这是由于两标准对于幕墙渗透性能的侧重点不同，美标侧重于对试件整体气密性能的评定，可开启部分亦是作为幕墙整体的一部分来进行考虑，而国标则侧重于对幕墙气密性能分别考虑，若幕墙气密性能不理想，则由检测结果即可立判其是由于幕墙哪一部分造成。

国标用于评定的测试压力差为100Pa，而美标则为指定压力差。全部采用100Pa压力差下的空气渗透量对建筑幕墙气密性能进行评定，便于比较各个幕墙间的性能差异；但是对于不同建筑幕墙，由于所处地区、建筑高度等的差异，环境压力差是不同的，因此美标考虑测定指定压力差下的空气渗透量更为合理。

综上所述，GB/T 15227-2007和ASTM E283-04规定的建筑幕墙气密性能检测方法，在试件要求、测试程序、结果处理等3个方面各有异同，当选用相同试件、指定测试压力均为100Pa时，按国标进行气密性能检测后，可直接将检测结果运用美标结果处理方法得到美标气密性能检测结果；当选用试件一致，指定测试压力不同时，由于空气渗透量和检测压力差不是简单的线性关系，故不能直接进行换算，而需分别进行计算。