ASTM E 1423-99门窗系统恒定态热透射率标准测试实施规程

PAGEPAGE10门窗系统恒定态热透射率标准测试实施规程1ASTME1423–99*此翻译版仅供参考，请以英文为准本标准根据固定设计标号E1423制定；紧跟设计标号后的数字表示最初采用或最新修订的年份（如果已经过修订）。圆括号中的数字表示最新重审批的年份。上标(ε)表示最新修订或最新重审批后经过了编辑修改。1.范围1.1本实施规程描述了与测试方法C1199一致的标准测试样件尺寸和测试条件以及对热透射率和测得的导热率数据进行计算和说明。所使用的标准尺寸和条件是用于门窗产品的对比目的。指定者可以选择其它尺寸和条件用于产品的开发和研究。1.2本实施规程用于在不计太阳辐射热能增加和透气效应的情况下，对垂直安装的门窗系统热能属性进行测定。注1－要测定门窗系统的透气效应，请参阅测试方法E283或E1424。1.3本实施规程分别使用特定的室内侧和室外侧表面热传导系数，hh和hc，来指定测量门窗系统测试样件标准热透射率的流程。1.4用公制单位或英制单位表示的数值应被视为不同的标准。两个系统中的数值并不完全相等；所以，每个系统必须单独使用。1.5本标准并不保证说明了所有与其使用相关的安全问题（如果有）。本标准的使用者有责任在使用前建立适当的安全和健康规范并确定使用规章制度。2.参考文献2.1ASTM标准：C168有关断热材料的术语2C1199使用断热箱来测量门窗系统恒定态热透射率的测试方法2C1363用断热箱仪器测定建筑物组件热性能的测试方法2E283指定压差下测定外部门窗、幕墙透气率的标准测试方法3E631建筑结构术语3E783现场测定已安装外部门窗透气性的标准测试方法3E1424指定压差和温差下测定外部门窗、幕墙样件透气率的标准测试方法33.术语3.1定义－本文中的定义和术语与术语E631中一致，从术语E631中选出并修改以下术语以便特别地用于门窗系统。有关不同的符号见图1.和图2.。（有关定义和流程的更多详细信息，请参见附录X1或测试方法C1199。）3.1.1表面热传导系数，h（有时叫做表面导热率或薄膜系数）－由某个表面和周围环境一个单位温差引起的热量传导，从该表面的单位面积上传导到其周围环境所用的时间。用下标（1或h）来表示室内侧表面热传导系数，用下标（2或c）来表示室外侧表面热传导系数（见图1.和图2.）。3.1.2测试样件热透射率US（有时叫做总热传导系数）－由测试样件两边环境单位温差所引起的，单位时间内，通过测试样件单位面积及其边界空气膜传导的热量。3.2本标准中特殊术语的说明：3.2.1总热阻抗，RS－在恒定态条件下，单位时间内单位热量通过一个物体或组件的单位面积开始发生了传导，这时这个物体或组件两侧环境的温差叫做总热阻抗。它被定义如下：其中：RS＝（测试条件下，空气对空气的）样件总热阻抗，m2·K/W(ft2·hr·℉/Btu)。3.2.2标准热透射率，UST－由测试样件两边环境单位温差所引起的，单位时间内，通过测试样件单位面积传导的热量（使用标准化的表面热传导系数）。3.2.3包围板（有时叫做盖板、盖板墙或匀质墙）－装有测试样件的匀质墙。3.2.4测试样件－用于测试的门窗系统或产品。3.3符号－如下所述，本测试方法中所使用的符号、术语和单位：Ac测试样件室外侧热传导表面的总面积，m2Ah测试样件室内侧热传导表面的总面积，m2As测试样件投影面积，（与包围板开口面积相同），m2hc表面热传导系数，室外侧，W/(m2·K)hh表面热传导系数，室内侧，W/(m2·K)hSTc标准表面热传导系数，室外侧，W/(m2·K)hSTh标准表面热传导系数，室内侧，W/(m2·K)Rs（测试条件下，空气对空气的）测试样件总热阻抗，m2·K/Wtc室外侧空气的平均温度，℃th室内侧空气的平均温度，℃t1测试样件上室内侧表面的平均温度，K或℃t2测试样件上室外侧表面的平均温度，K或℃US（测试条件下，空气对空气）测试样件的热透射率，W/(m2·K)UST标准化测试样件的热透射率，W/(m2·K)4.意义与用途4.1当对与测试方法C1199一致的门窗产品进行测试时，本实施规程详细地给出了测试样件尺寸和测试条件，即室内侧和室外侧空气温度，以及测试样件两侧的空气速率。4.2样件的热透射率和导热率受其尺寸和三维几何形状的影响。所以，应使用5.1中建议的样件尺寸来进行测试。如果样件尺寸与5.1中给出的不同，那么应在测试报告中报告实际的尺寸。4.3影响门窗系统热性能的因素很多，包括封闭玻璃单元的变形。应注意保持门窗系统的原始物理条件，将其安装在包围板上以模拟实际的安装情况。4.4这里得到的热透射率和导热率结果不能反应现场安装情况下的性能，因为它们没有计入太阳辐射和透气效应。该热透射率和导热率结果是从特定的实验室条件下得来的，仅用于门窗产品的对比以及用于那些还要再计入太阳辐射和透气效应的热性能分析中。5.测试样件5.1样件尺寸－表1.中给出的不同类型门窗系统的样件尺寸用于测试门窗产品，其测试结果将用于产品的对比。所有尺寸在±5％或±100mm(4in.)范围内（取较小值）。6.测试条件6.1概述－不需要用一组测试条件来定义门窗系统的热能特性。但可以指定一组测试条件来对不同门窗产品的热透射率进行对比。在这组测试条件下得到的热透射率值，适用于典型的北美气候范围[室外侧温度在43和-30℃（110和-22℉）之间，最高风速为6.7m/s(6.2用于对比的U值测试条件－应使用测试方法C1199中的方法来测试样件。为达到对比目的，应使用下面的一组测试条件（见图1.）：6.2.1室内侧（自然对流情况）－空气流动速率应小于0.3m/s(60ft/min)。为达到对比目的，校准时每个校准传导标准(CTS)的室内侧所测得的标准表面热传导系数应为：[允许的CTS校准范围为7.0到7.7W/(m2·K)(1.2到1.3Btu/(hr·ft2·℉))]因为这是自然对流情况下，室内侧总表面热传导系数的最低极限，所以该数值允许+10％的变化，以适应为统一CTS室内侧的气流分布而安装的小型空气流通扇所引起的一些强迫对流。注2－使用1997美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)原理手册(1)4，门窗系统第29章，表3，在一个高1.22m(4ft)，宽13mm(0.5in.)的空洞内，装有双层玻璃、低辐射率的玻璃单元，其室内侧自然对流情况下，总的热辐射综合传导系数为6.89W/(m2·K)(1.23Btu/(hr·ft2·℉))。对于具有两块4mm(0.16in.)玻璃表面，高1.22m(4ft)，厚12.7mm(0.5in.)的高密度中心发泡聚苯乙烯CTS，使用与获得ASHRAE第27章，表3中结果相同的方法和等式，计算得其室内侧自然对流情况下，总的热辐射综合传导系数为7.02W/(m2·K)(1.24Btu/(hr·ft2·℉))。将这两个结果四舍五入得到一个名义上的标准化表面热传导系数，7.0W/(m2·K)(1.23Btu/(hr·ft2·℉))，它是自然对流情况下，这个尺寸CTS的最低极限值。6.2.2室外侧－为达到对比目的，每个CTS室外侧所测得的标准表面热传导系数应为（垂直或平行）：[允许的CTS校准范围为26.0到29.0W/(m2·K)(4.6到5.1Btu/(hr·ft2·℉))]注3－同样，参考1997ASHRAE原理手册(1)，门窗系统第29章，在风速为24km/h(15mph)时，室外侧强迫对流情况下，总的热辐射综合传导系数为，hc＝29.0W/(m2·K)(5.1Btu/(hr·ft2·℉))。7.测试样件安装和使用仪器7.1测试仪器安装：7.1.1包围板－如图1.所示，应提供一个包围板用以安装测试样件（见测试方法C1199中的说明）。7.1.2测试样件－安装在包围板上用于测试的门窗系统，如图1.和图2.所示，分别为窗和门。它应是完整的组件，包括所有的框架元件和操作硬件，测试时它们都应在其位置上。应在测试前去除附加的内部或外部设备，如镶边或防虫网。测试样件应安装在包围板测量区域的中心，且门窗产品上较冷一侧的框架应与包围板的室外侧对齐。样件应牢固地固定在平行于包围板表面的平面上，以承受测试时的所有风荷载。样件的安装还应具有足够的空间以容纳窗扇或操作部件，或全部。如果门窗系统没有完全填满包围板的开口，则应使用与包围板具有相似导热率的材料来填充包围板和门窗系统之间的空间。样件和包围板的之间的周边接缝应在墙的两侧都进行密封。任何情况下，胶带或填缝都不能覆盖测试样件框架或边缘多于13mm(0.50in.)。7.1.3气密性－测试样件上、包围板上以及包围板和测试样件的连接处上所有可能产生透气的地方都必须用非金属胶带或填缝密封，尽量接近原始的密封状况，以减少或消除室内侧和室外侧容器之间的透气。测试样件空气密封条的放置方法和位置会影响其热性能。所以，应按照测试样件的原始密封情况来密封测试样件，密封时应使用与要粘贴表面具有相似表面辐射率的胶带、填缝或其它材料。还应密封所有的排水孔。样件和包围板的之间的周边接缝应在墙的两侧都进行密封。任何情况下，胶带或填缝都不能覆盖测试样件框架或边缘多于13mm(0.50in.)。可用测量并均衡样件两侧压差的方法来作为减少通过或绕过已密封测试样件产生透气的额外预防措施。对于具有垂直（于测试样件室外侧表面）风向的断热箱，将室外侧总压力和室内侧静态压力平衡到0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)来实现此目的。对于具有平行（于测试样件室外侧表面）风向的断热箱，将室外侧静态压力和室内侧静态压力平衡到0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)来实现此目的。压力传感器应安装于玻璃表面的边界层，并垂直于测试样件室内侧和室外侧表面的中心。注4－密封技术应主要考虑两点原则：(1)密封剂应与要使用密封剂的表面具有相似的(±0.1)辐射率，并且(2)在达到需要的气密性的条件下，应尽可能少量的使用密封剂。执行以下步骤可测定并减少通过和绕过测试样件的空气透气量。(a)在进行热能测试前，将样件安装并密封在包围板中执行气密性测试。可选择测试方法E283、E783或E1424中最适合某个特定断热箱测试设备的方法进行测试。建议的测试条件为27Pa(0.56Lbf/ft2)和75Pa(1.57Lbf/ft2)，分别相当于大约24km/h(15mph)和40km/h(25mph(b)确定这些测试压力的净气流速率后，封闭单元的内部，直到在75Pa(1.57Lbf/ft2)压差下，门窗系统区域的净透气量少于0.0006m3/min/m2(0.002ft3/min/ft2)为止。对于一个投影面积为1.52m(60in.)×1.02m(40in.)的门窗系统测试样件，其相应的总气流量大约是0.0014m3(c)在热性能测试前进行这种程度的密封，是为了将透气量减少到在热性能测试当中不会对门窗测试样件热传导产生重大影响的程度。好的实验室规程会对密封方法的质量进行定期的评估，以便很好地监控门窗测试样件在热性能测试中热通量和温度的测量，从而确保没有因为密封不严密而导致热性能的变化。作为确定是否存在透气量的备选方案，目前一个实验室正使用下面的这项技术，并证明了该技术的可行性。将一片0.1mm(4mil)厚的聚乙烯薄膜置于CTS（或门窗测试样件）的室内侧上，并用胶带将其密封在包围板上，使其至少超出样件周边12cm(4.7mil)。如上所述，平衡室内侧和室外侧容器之间的压力，并监视该压差。如果该聚乙烯薄膜没有明显地移动，则可认为不存在透气量，并可以除去聚乙烯薄膜。将测试时的压力平衡控制在0±10Pa(0±0.21Lbf/ft2)范围内。如果聚乙烯薄膜向样件方向移动，可认为存在渗入的净透气量。如果根据需要再次检查和调整密封胶带和填缝后（这里可以使用可去除的防风雨条），仍然存在这种情况，则可以2.5Pa(0.05Lbf/ft2)为增量调节压力平衡的设置，直到聚乙烯薄膜回到其原始位置或向远离样件方法有轻微的移动。每次调节后，至少等待5分钟后再进行观察。这时可除去聚乙烯薄膜，并可将测试时的压力平衡控制在新的设置±10Pa(±0.21Lbf/ft2)范围内。如果聚乙烯薄膜向远离样件方向移动，可认为存在渗出的净透气量。如果根据需要再次检查和调整密封胶带和填缝后（这里可以使用可去除的防风雨条），仍然存在这种情况，则可以2.5Pa(0.05Lbf/ft2)为增量调节压力平衡的设置，直到聚乙烯薄膜回到其原始位置或向远离样件方法有轻微的移动。（同样在每次调节后，至少等待5分钟后再进行观察。）这时可除去聚乙烯薄膜，并可将测试时的压力平衡控制在新的设置±10Pa(±0.21Lbf/ft2)范围内。使用类似的方法，如果在CTS（或门窗测试样件）和包围板的组合板上发现由于包围板和测试框连接处漏气而产生的透气量，则可设置压力平衡系统，使其透气量减少到允许的范围内。但是，此方法只有在无法将这些漏气点密封住的情况下使用。7.2测试样件使用仪器：7.2.1温度传感器－如果要在门窗系统框架和玻璃表面上安装额外的温度传感器以测定测试样件室外侧和室内侧的平均表面温度，可将其安装在根据门窗产品测试经验得到的较佳位置上，图3.所示。如果要测定边缘（隔板）的热传导效应，则需要在框架附近的玻璃区域，特别是在玻璃/框架拐角处安装额外的温度传感器。测试方法C1363的第6.10段提供了温度传感器的精度要求，它是假定使用直径不大于0.51mm（24号AWG）的T型号热电偶而需要达到的标准。还可以使用其它方案，只要进行比较性的测量或计算后，显示其可达到基本的要求。注5－图3.只显示了有限窗户类型样品的温度传感器位置，并作为窗户表面温度计算的备选方案。下面是针对其它窗户类型、门、玻璃幕墙、玻璃板块墙等等的建议指南：(1)最少要使用20个热电偶，最少6个安装在玻璃上，最少14个安装在测试样件的窗扇/框架组件上；(2)如装有热桥或其它具有高导热率的框架元件，则需要增加额外的温度传感器；(3)应将温度传感器放置在与图3.所示尽可能近的位置。7.2.2温度传感器附件－应按照测试方法C1363中6.10.1所述将表面温度传感器安装在测试样件上。如果使用了热电偶来测量表面温度，则必须在表面上粘贴至少100mm(4in.)的热电偶导线。用于粘贴温度传感器及其导线的胶带或密封剂的辐射率应近似等于(±0.05)被粘贴表面的辐射率。应注意避免使温度传感器对气流和测试样件热传导产生重大的影响。为避免热量分流，不要使温度传感器的导线经过已知的大温差区域。7.2.3测试样件面积加权的平均表面温度－测试样件上单独测量的表面温度应由面积加权以确定测试样件室内侧的平均表面温度，t1，和测试样件室外侧的平均表面温度，t2。要正确地测量门窗测试样件两侧的平均表面温度，需要(1)精确地测量测试样件的表面积以及(2)将单独的温度传感器贴于测试样件表面上适当位置，使其能够代表具有最小表面温度梯度的区域。单独的温度传感器应位于被认为是相对等温的区域的中心（见图3.）。测试样件室内侧和室外侧单独表面区域的面积之和必须分别等于室内侧总的测量表面积，Ah，和室外侧总的测量表面积，Ac。表面积的测量－必须测定测试样件每侧总表面积。注6－当使用测试方法C1199中的CTS方法时，可以用框架和窗扇组件的投影高度和深度来得到测试样件的表面积。当使用测试方法C1199中的面积加权方法时，需要更仔细地测量测试样件的“潮湿”表面积，包括框架或窗扇上的把手、毛边、通道和盘卷造型。测试样件框架的横断面结构图纸可帮助确定测试样件的总表面积，可按照适当的比例测量图纸上的距离。如果无法得到测试样件的结构图纸，则可以用一种利用胶带的方法来测量框架上盘卷表面的长度。将一片覆盖胶带贴于要测量的盘卷框架表面上。在每个边缘区域用笔在胶带上画出标记，除去胶带并将其放在标尺上，然后测量两个标记之间的距离。表面温度传感器位置－如图3.所示，表面温度传感器应放置在等温区域的中心。如果表面温度传感器没有放置在图3.所示的位置上，则必须在测试报告中说明这些位置。在具有高导热率元件的框架上，可能需要额外的温度传感器来测量该元件及其周围区域的温度。注7－因为现代门窗产品上的框架和窗扇有着很多不同的形状和配置，所以不可能给出框架和窗扇上每个表面温度传感器的位置。一般来说，如通道毛边和扶手等的附件和突出元件表面的表面温度对门窗产品总热透射率的影响小于连接于框架或窗扇主体表面的表面温度对其的影响。对于那些带有内部空气孔洞的框架（即塑或铝挤出型材），测量带有内部空气孔洞元件的表面温度比测量不带有内部空气孔洞、薄的、突出元件的表面温度更重要。最终，适当的放置表面温度传感器将依赖于测试实验室操作者的经验和判断。8.玻璃变形8.1密封玻璃单元玻璃板之间的空间所受压力的变化能导致玻璃变形。例如在极冷的天气情况下，玻璃表面会弯曲并在它们的中心点处发生接触。这种封闭空间尺寸的变化能够极大地影响测试样件的热透射率，US。每个断热玻璃单元的玻璃变形应按照测试方法C1199中的方法进行测试并报告。9.报告9.1报告测试方法C1199中第9部分所指定的所有信息。9.2报告标准化的热透射率，UST