ASTM E 1423-99門窗系統(tǒng)恒定態(tài)熱透射率標準測試實施規(guī)程

PAGEPAGE10門窗系統(tǒng)恒定態(tài)熱透射率標準測試實施規(guī)程1ASTME1423–99*此翻譯版僅供參考，請以英文為準本標準根據(jù)固定設(shè)計標號E1423制定；緊跟設(shè)計標號后的數(shù)字表示最初采用或最新修訂的年份（如果已經(jīng)過修訂）。圓括號中的數(shù)字表示最新重審批的年份。上標(ε)表示最新修訂或最新重審批后經(jīng)過了編輯修改。1.范圍1.1本實施規(guī)程描述了與測試方法C1199一致的標準測試樣件尺寸和測試條件以及對熱透射率和測得的導熱率數(shù)據(jù)進行計算和說明。所使用的標準尺寸和條件是用于門窗產(chǎn)品的對比目的。指定者可以選擇其它尺寸和條件用于產(chǎn)品的開發(fā)和研究。1.2本實施規(guī)程用于在不計太陽輻射熱能增加和透氣效應(yīng)的情況下，對垂直安裝的門窗系統(tǒng)熱能屬性進行測定。注1－要測定門窗系統(tǒng)的透氣效應(yīng)，請參閱測試方法E283或E1424。1.3本實施規(guī)程分別使用特定的室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)表面熱傳導系數(shù)，hh和hc，來指定測量門窗系統(tǒng)測試樣件標準熱透射率的流程。1.4用公制單位或英制單位表示的數(shù)值應(yīng)被視為不同的標準。兩個系統(tǒng)中的數(shù)值并不完全相等；所以，每個系統(tǒng)必須單獨使用。1.5本標準并不保證說明了所有與其使用相關(guān)的安全問題（如果有）。本標準的使用者有責任在使用前建立適當?shù)陌踩徒】狄?guī)范并確定使用規(guī)章制度。2.參考文獻2.1ASTM標準：C168有關(guān)斷熱材料的術(shù)語2C1199使用斷熱箱來測量門窗系統(tǒng)恒定態(tài)熱透射率的測試方法2C1363用斷熱箱儀器測定建筑物組件熱性能的測試方法2E283指定壓差下測定外部門窗、幕墻透氣率的標準測試方法3E631建筑結(jié)構(gòu)術(shù)語3E783現(xiàn)場測定已安裝外部門窗透氣性的標準測試方法3E1424指定壓差和溫差下測定外部門窗、幕墻樣件透氣率的標準測試方法33.術(shù)語3.1定義－本文中的定義和術(shù)語與術(shù)語E631中一致，從術(shù)語E631中選出并修改以下術(shù)語以便特別地用于門窗系統(tǒng)。有關(guān)不同的符號見圖1.和圖2.。（有關(guān)定義和流程的更多詳細信息，請參見附錄X1或測試方法C1199。）3.1.1表面熱傳導系數(shù)，h（有時叫做表面導熱率或薄膜系數(shù)）－由某個表面和周圍環(huán)境一個單位溫差引起的熱量傳導，從該表面的單位面積上傳導到其周圍環(huán)境所用的時間。用下標（1或h）來表示室內(nèi)側(cè)表面熱傳導系數(shù)，用下標（2或c）來表示室外側(cè)表面熱傳導系數(shù)（見圖1.和圖2.）。3.1.2測試樣件熱透射率US（有時叫做總熱傳導系數(shù)）－由測試樣件兩邊環(huán)境單位溫差所引起的，單位時間內(nèi)，通過測試樣件單位面積及其邊界空氣膜傳導的熱量。3.2本標準中特殊術(shù)語的說明：3.2.1總熱阻抗，RS－在恒定態(tài)條件下，單位時間內(nèi)單位熱量通過一個物體或組件的單位面積開始發(fā)生了傳導，這時這個物體或組件兩側(cè)環(huán)境的溫差叫做總熱阻抗。它被定義如下：其中：RS＝（測試條件下，空氣對空氣的）樣件總熱阻抗，m2·K/W(ft2·hr·℉/Btu)。3.2.2標準熱透射率，UST－由測試樣件兩邊環(huán)境單位溫差所引起的，單位時間內(nèi)，通過測試樣件單位面積傳導的熱量（使用標準化的表面熱傳導系數(shù)）。3.2.3包圍板（有時叫做蓋板、蓋板墻或勻質(zhì)墻）－裝有測試樣件的勻質(zhì)墻。3.2.4測試樣件－用于測試的門窗系統(tǒng)或產(chǎn)品。3.3符號－如下所述，本測試方法中所使用的符號、術(shù)語和單位：Ac測試樣件室外側(cè)熱傳導表面的總面積，m2Ah測試樣件室內(nèi)側(cè)熱傳導表面的總面積，m2As測試樣件投影面積，（與包圍板開口面積相同），m2hc表面熱傳導系數(shù)，室外側(cè)，W/(m2·K)hh表面熱傳導系數(shù)，室內(nèi)側(cè)，W/(m2·K)hSTc標準表面熱傳導系數(shù)，室外側(cè)，W/(m2·K)hSTh標準表面熱傳導系數(shù)，室內(nèi)側(cè)，W/(m2·K)Rs（測試條件下，空氣對空氣的）測試樣件總熱阻抗，m2·K/Wtc室外側(cè)空氣的平均溫度，℃th室內(nèi)側(cè)空氣的平均溫度，℃t1測試樣件上室內(nèi)側(cè)表面的平均溫度，K或℃t2測試樣件上室外側(cè)表面的平均溫度，K或℃US（測試條件下，空氣對空氣）測試樣件的熱透射率，W/(m2·K)UST標準化測試樣件的熱透射率，W/(m2·K)4.意義與用途4.1當對與測試方法C1199一致的門窗產(chǎn)品進行測試時，本實施規(guī)程詳細地給出了測試樣件尺寸和測試條件，即室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)空氣溫度，以及測試樣件兩側(cè)的空氣速率。4.2樣件的熱透射率和導熱率受其尺寸和三維幾何形狀的影響。所以，應(yīng)使用5.1中建議的樣件尺寸來進行測試。如果樣件尺寸與5.1中給出的不同，那么應(yīng)在測試報告中報告實際的尺寸。4.3影響門窗系統(tǒng)熱性能的因素很多，包括封閉玻璃單元的變形。應(yīng)注意保持門窗系統(tǒng)的原始物理條件，將其安裝在包圍板上以模擬實際的安裝情況。4.4這里得到的熱透射率和導熱率結(jié)果不能反應(yīng)現(xiàn)場安裝情況下的性能，因為它們沒有計入太陽輻射和透氣效應(yīng)。該熱透射率和導熱率結(jié)果是從特定的實驗室條件下得來的，僅用于門窗產(chǎn)品的對比以及用于那些還要再計入太陽輻射和透氣效應(yīng)的熱性能分析中。5.測試樣件5.1樣件尺寸－表1.中給出的不同類型門窗系統(tǒng)的樣件尺寸用于測試門窗產(chǎn)品，其測試結(jié)果將用于產(chǎn)品的對比。所有尺寸在±5％或±100mm(4in.)范圍內(nèi)（取較小值）。6.測試條件6.1概述－不需要用一組測試條件來定義門窗系統(tǒng)的熱能特性。但可以指定一組測試條件來對不同門窗產(chǎn)品的熱透射率進行對比。在這組測試條件下得到的熱透射率值，適用于典型的北美氣候范圍[室外側(cè)溫度在43和-30℃（110和-22℉）之間，最高風速為6.7m/s(6.2用于對比的U值測試條件－應(yīng)使用測試方法C1199中的方法來測試樣件。為達到對比目的，應(yīng)使用下面的一組測試條件（見圖1.）：6.2.1室內(nèi)側(cè)（自然對流情況）－空氣流動速率應(yīng)小于0.3m/s(60ft/min)。為達到對比目的，校準時每個校準傳導標準(CTS)的室內(nèi)側(cè)所測得的標準表面熱傳導系數(shù)應(yīng)為：[允許的CTS校準范圍為7.0到7.7W/(m2·K)(1.2到1.3Btu/(hr·ft2·℉))]因為這是自然對流情況下，室內(nèi)側(cè)總表面熱傳導系數(shù)的最低極限，所以該數(shù)值允許+10％的變化，以適應(yīng)為統(tǒng)一CTS室內(nèi)側(cè)的氣流分布而安裝的小型空氣流通扇所引起的一些強迫對流。注2－使用1997美國采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)原理手冊(1)4，門窗系統(tǒng)第29章，表3，在一個高1.22m(4ft)，寬13mm(0.5in.)的空洞內(nèi)，裝有雙層玻璃、低輻射率的玻璃單元，其室內(nèi)側(cè)自然對流情況下，總的熱輻射綜合傳導系數(shù)為6.89W/(m2·K)(1.23Btu/(hr·ft2·℉))。對于具有兩塊4mm(0.16in.)玻璃表面，高1.22m(4ft)，厚12.7mm(0.5in.)的高密度中心發(fā)泡聚苯乙烯CTS，使用與獲得ASHRAE第27章，表3中結(jié)果相同的方法和等式，計算得其室內(nèi)側(cè)自然對流情況下，總的熱輻射綜合傳導系數(shù)為7.02W/(m2·K)(1.24Btu/(hr·ft2·℉))。將這兩個結(jié)果四舍五入得到一個名義上的標準化表面熱傳導系數(shù)，7.0W/(m2·K)(1.23Btu/(hr·ft2·℉))，它是自然對流情況下，這個尺寸CTS的最低極限值。6.2.2室外側(cè)－為達到對比目的，每個CTS室外側(cè)所測得的標準表面熱傳導系數(shù)應(yīng)為（垂直或平行）：[允許的CTS校準范圍為26.0到29.0W/(m2·K)(4.6到5.1Btu/(hr·ft2·℉))]注3－同樣，參考1997ASHRAE原理手冊(1)，門窗系統(tǒng)第29章，在風速為24km/h(15mph)時，室外側(cè)強迫對流情況下，總的熱輻射綜合傳導系數(shù)為，hc＝29.0W/(m2·K)(5.1Btu/(hr·ft2·℉))。7.測試樣件安裝和使用儀器7.1測試儀器安裝：7.1.1包圍板－如圖1.所示，應(yīng)提供一個包圍板用以安裝測試樣件（見測試方法C1199中的說明）。7.1.2測試樣件－安裝在包圍板上用于測試的門窗系統(tǒng)，如圖1.和圖2.所示，分別為窗和門。它應(yīng)是完整的組件，包括所有的框架元件和操作硬件，測試時它們都應(yīng)在其位置上。應(yīng)在測試前去除附加的內(nèi)部或外部設(shè)備，如鑲邊或防蟲網(wǎng)。測試樣件應(yīng)安裝在包圍板測量區(qū)域的中心，且門窗產(chǎn)品上較冷一側(cè)的框架應(yīng)與包圍板的室外側(cè)對齊。樣件應(yīng)牢固地固定在平行于包圍板表面的平面上，以承受測試時的所有風荷載。樣件的安裝還應(yīng)具有足夠的空間以容納窗扇或操作部件，或全部。如果門窗系統(tǒng)沒有完全填滿包圍板的開口，則應(yīng)使用與包圍板具有相似導熱率的材料來填充包圍板和門窗系統(tǒng)之間的空間。樣件和包圍板的之間的周邊接縫應(yīng)在墻的兩側(cè)都進行密封。任何情況下，膠帶或填縫都不能覆蓋測試樣件框架或邊緣多于13mm(0.50in.)。7.1.3氣密性－測試樣件上、包圍板上以及包圍板和測試樣件的連接處上所有可能產(chǎn)生透氣的地方都必須用非金屬膠帶或填縫密封，盡量接近原始的密封狀況，以減少或消除室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)容器之間的透氣。測試樣件空氣密封條的放置方法和位置會影響其熱性能。所以，應(yīng)按照測試樣件的原始密封情況來密封測試樣件，密封時應(yīng)使用與要粘貼表面具有相似表面輻射率的膠帶、填縫或其它材料。還應(yīng)密封所有的排水孔。樣件和包圍板的之間的周邊接縫應(yīng)在墻的兩側(cè)都進行密封。任何情況下，膠帶或填縫都不能覆蓋測試樣件框架或邊緣多于13mm(0.50in.)?？捎脺y量并均衡樣件兩側(cè)壓差的方法來作為減少通過或繞過已密封測試樣件產(chǎn)生透氣的額外預(yù)防措施。對于具有垂直（于測試樣件室外側(cè)表面）風向的斷熱箱，將室外側(cè)總壓力和室內(nèi)側(cè)靜態(tài)壓力平衡到0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)來實現(xiàn)此目的。對于具有平行（于測試樣件室外側(cè)表面）風向的斷熱箱，將室外側(cè)靜態(tài)壓力和室內(nèi)側(cè)靜態(tài)壓力平衡到0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)來實現(xiàn)此目的。壓力傳感器應(yīng)安裝于玻璃表面的邊界層，并垂直于測試樣件室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)表面的中心。注4－密封技術(shù)應(yīng)主要考慮兩點原則：(1)密封劑應(yīng)與要使用密封劑的表面具有相似的(±0.1)輻射率，并且(2)在達到需要的氣密性的條件下，應(yīng)盡可能少量的使用密封劑。執(zhí)行以下步驟可測定并減少通過和繞過測試樣件的空氣透氣量。(a)在進行熱能測試前，將樣件安裝并密封在包圍板中執(zhí)行氣密性測試。可選擇測試方法E283、E783或E1424中最適合某個特定斷熱箱測試設(shè)備的方法進行測試。建議的測試條件為27Pa(0.56Lbf/ft2)和75Pa(1.57Lbf/ft2)，分別相當于大約24km/h(15mph)和40km/h(25mph(b)確定這些測試壓力的凈氣流速率后，封閉單元的內(nèi)部，直到在75Pa(1.57Lbf/ft2)壓差下，門窗系統(tǒng)區(qū)域的凈透氣量少于0.0006m3/min/m2(0.002ft3/min/ft2)為止。對于一個投影面積為1.52m(60in.)×1.02m(40in.)的門窗系統(tǒng)測試樣件，其相應(yīng)的總氣流量大約是0.0014m3(c)在熱性能測試前進行這種程度的密封，是為了將透氣量減少到在熱性能測試當中不會對門窗測試樣件熱傳導產(chǎn)生重大影響的程度。好的實驗室規(guī)程會對密封方法的質(zhì)量進行定期的評估，以便很好地監(jiān)控門窗測試樣件在熱性能測試中熱通量和溫度的測量，從而確保沒有因為密封不嚴密而導致熱性能的變化。作為確定是否存在透氣量的備選方案，目前一個實驗室正使用下面的這項技術(shù)，并證明了該技術(shù)的可行性。將一片0.1mm(4mil)厚的聚乙烯薄膜置于CTS（或門窗測試樣件）的室內(nèi)側(cè)上，并用膠帶將其密封在包圍板上，使其至少超出樣件周邊12cm(4.7mil)。如上所述，平衡室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)容器之間的壓力，并監(jiān)視該壓差。如果該聚乙烯薄膜沒有明顯地移動，則可認為不存在透氣量，并可以除去聚乙烯薄膜。將測試時的壓力平衡控制在0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)范圍內(nèi)。如果聚乙烯薄膜向樣件方向移動，可認為存在滲入的凈透氣量。如果根據(jù)需要再次檢查和調(diào)整密封膠帶和填縫后（這里可以使用可去除的防風雨條），仍然存在這種情況，則可以2.5Pa(0.05Lbf/ft2)為增量調(diào)節(jié)壓力平衡的設(shè)置，直到聚乙烯薄膜回到其原始位置或向遠離樣件方法有輕微的移動。每次調(diào)節(jié)后，至少等待5分鐘后再進行觀察。這時可除去聚乙烯薄膜，并可將測試時的壓力平衡控制在新的設(shè)置±10Pa(±0.21Lbf/ft2)范圍內(nèi)。如果聚乙烯薄膜向遠離樣件方向移動，可認為存在滲出的凈透氣量。如果根據(jù)需要再次檢查和調(diào)整密封膠帶和填縫后（這里可以使用可去除的防風雨條），仍然存在這種情況，則可以2.5Pa(0.05Lbf/ft2)為增量調(diào)節(jié)壓力平衡的設(shè)置，直到聚乙烯薄膜回到其原始位置或向遠離樣件方法有輕微的移動。（同樣在每次調(diào)節(jié)后，至少等待5分鐘后再進行觀察。）這時可除去聚乙烯薄膜，并可將測試時的壓力平衡控制在新的設(shè)置±10Pa(±0.21Lbf/ft2)范圍內(nèi)。使用類似的方法，如果在CTS（或門窗測試樣件）和包圍板的組合板上發(fā)現(xiàn)由于包圍板和測試框連接處漏氣而產(chǎn)生的透氣量，則可設(shè)置壓力平衡系統(tǒng)，使其透氣量減少到允許的范圍內(nèi)。但是，此方法只有在無法將這些漏氣點密封住的情況下使用。7.2測試樣件使用儀器：7.2.1溫度傳感器－如果要在門窗系統(tǒng)框架和玻璃表面上安裝額外的溫度傳感器以測定測試樣件室外側(cè)和室內(nèi)側(cè)的平均表面溫度，可將其安裝在根據(jù)門窗產(chǎn)品測試經(jīng)驗得到的較佳位置上，圖3.所示。如果要測定邊緣（隔板）的熱傳導效應(yīng)，則需要在框架附近的玻璃區(qū)域，特別是在玻璃/框架拐角處安裝額外的溫度傳感器。測試方法C1363的第6.10段提供了溫度傳感器的精度要求，它是假定使用直徑不大于0.51mm（24號AWG）的T型號熱電偶而需要達到的標準。還可以使用其它方案，只要進行比較性的測量或計算后，顯示其可達到基本的要求。注5－圖3.只顯示了有限窗戶類型樣品的溫度傳感器位置，并作為窗戶表面溫度計算的備選方案。下面是針對其它窗戶類型、門、玻璃幕墻、玻璃板塊墻等等的建議指南：(1)最少要使用20個熱電偶，最少6個安裝在玻璃上，最少14個安裝在測試樣件的窗扇/框架組件上；(2)如裝有熱橋或其它具有高導熱率的框架元件，則需要增加額外的溫度傳感器；(3)應(yīng)將溫度傳感器放置在與圖3.所示盡可能近的位置。7.2.2溫度傳感器附件－應(yīng)按照測試方法C1363中6.10.1所述將表面溫度傳感器安裝在測試樣件上。如果使用了熱電偶來測量表面溫度，則必須在表面上粘貼至少100mm(4in.)的熱電偶導線。用于粘貼溫度傳感器及其導線的膠帶或密封劑的輻射率應(yīng)近似等于(±0.05)被粘貼表面的輻射率。應(yīng)注意避免使溫度傳感器對氣流和測試樣件熱傳導產(chǎn)生重大的影響。為避免熱量分流，不要使溫度傳感器的導線經(jīng)過已知的大溫差區(qū)域。7.2.3測試樣件面積加權(quán)的平均表面溫度－測試樣件上單獨測量的表面溫度應(yīng)由面積加權(quán)以確定測試樣件室內(nèi)側(cè)的平均表面溫度，t1，和測試樣件室外側(cè)的平均表面溫度，t2。要正確地測量門窗測試樣件兩側(cè)的平均表面溫度，需要(1)精確地測量測試樣件的表面積以及(2)將單獨的溫度傳感器貼于測試樣件表面上適當位置，使其能夠代表具有最小表面溫度梯度的區(qū)域。單獨的溫度傳感器應(yīng)位于被認為是相對等溫的區(qū)域的中心（見圖3.）。測試樣件室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)單獨表面區(qū)域的面積之和必須分別等于室內(nèi)側(cè)總的測量表面積，Ah，和室外側(cè)總的測量表面積，Ac。表面積的測量－必須測定測試樣件每側(cè)總表面積。注6－當使用測試方法C1199中的CTS方法時，可以用框架和窗扇組件的投影高度和深度來得到測試樣件的表面積。當使用測試方法C1199中的面積加權(quán)方法時，需要更仔細地測量測試樣件的“潮濕”表面積，包括框架或窗扇上的把手、毛邊、通道和盤卷造型。測試樣件框架的橫斷面結(jié)構(gòu)圖紙可幫助確定測試樣件的總表面積，可按照適當?shù)谋壤郎y量圖紙上的距離。如果無法得到測試樣件的結(jié)構(gòu)圖紙，則可以用一種利用膠帶的方法來測量框架上盤卷表面的長度。將一片覆蓋膠帶貼于要測量的盤卷框架表面上。在每個邊緣區(qū)域用筆在膠帶上畫出標記，除去膠帶并將其放在標尺上，然后測量兩個標記之間的距離。表面溫度傳感器位置－如圖3.所示，表面溫度傳感器應(yīng)放置在等溫區(qū)域的中心。如果表面溫度傳感器沒有放置在圖3.所示的位置上，則必須在測試報告中說明這些位置。在具有高導熱率元件的框架上，可能需要額外的溫度傳感器來測量該元件及其周圍區(qū)域的溫度。注7－因為現(xiàn)代門窗產(chǎn)品上的框架和窗扇有著很多不同的形狀和配置，所以不可能給出框架和窗扇上每個表面溫度傳感器的位置。一般來說，如通道毛邊和扶手等的附件和突出元件表面的表面溫度對門窗產(chǎn)品總熱透射率的影響小于連接于框架或窗扇主體表面的表面溫度對其的影響。對于那些帶有內(nèi)部空氣孔洞的框架（即塑或鋁擠出型材），測量帶有內(nèi)部空氣孔洞元件的表面溫度比測量不帶有內(nèi)部空氣孔洞、薄的、突出元件的表面溫度更重要。最終，適當?shù)姆胖帽砻鏈囟葌鞲衅鲗⒁蕾囉跍y試實驗室操作者的經(jīng)驗和判斷。8.玻璃變形8.1密封玻璃單元玻璃板之間的空間所受壓力的變化能導致玻璃變形。例如在極冷的天氣情況下，玻璃表面會彎曲并在它們的中心點處發(fā)生接觸。這種封閉空間尺寸的變化能夠極大地影響測試樣件的熱透射率，US。每個斷熱玻璃單元的玻璃變形應(yīng)按照測試方法C1199中的方法進行測試并報告。9.報告9.1報告測試方法C1199中第9部分所指定的所有信息。9.2報告標準化的熱透射率，UST