何京波 ，余忠輝，謝宇芳，張道修

（1 深圳市房屋安全和工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定中心,廣東深圳518051；2 廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州510665）

建筑幕墻,作為現(xiàn)代建筑的重要組成部分廣泛應(yīng)用于城市中高層建筑,主要由金屬支承結(jié)構(gòu)（鋁橫梁立柱、鋼結(jié)構(gòu)等）與板材（玻璃、石板、陶瓷板等）組成。近些年來(lái),因幕墻面板高空墜落事故時(shí)常發(fā)生,對(duì)人們生命安全及財(cái)產(chǎn)損失帶來(lái)了重大威脅[1-2]。評(píng)估幕墻在冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)、風(fēng)荷載等多條件因子耦合作用下安全性能變化成為城市公共安全研究不可忽略的課題[3-4]。

玻璃幕墻主要包括明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻、吊掛式全玻璃幕墻、點(diǎn)支式全玻璃幕墻。隱框玻璃幕墻擺脫了傳統(tǒng)鋁合金明框的限制,具有更好的感觀效果,近年來(lái)在高層、超高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。然而,隱框玻璃幕墻的面板依靠硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)于鋁型材副框上,硅酮結(jié)構(gòu)膠需要承擔(dān)幕墻單元自身重量、風(fēng)荷載、地震荷載等,隱框玻璃幕墻安全性能在某種程度上由硅酮結(jié)構(gòu)膠性能所決定[5-6]。

目前,針對(duì)溫度和濕度對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠性能影響的研究常將硅酮結(jié)構(gòu)膠制成特定尺寸的試件（如工字件、啞鈴型試件等）置于恒溫恒濕箱中,測(cè)試硅酮結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能隨作用時(shí)間的變化[7-8]。然而,特定尺寸的工字件或啞鈴型試件不能代替足尺幕墻單元,應(yīng)考慮玻璃幕墻實(shí)際的約束條件,采用實(shí)際工程應(yīng)用的幕墻單元進(jìn)行研究。為研究整體幕墻單元的性能隨溫度濕度條件作用時(shí)間的變化規(guī)律,需開(kāi)發(fā)用于足尺隱框玻璃幕墻老化的恒溫恒濕裝置。

1 設(shè)備整體構(gòu)成

高溫高濕環(huán)境下的隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠加速老化設(shè)備主要包括測(cè)試工作箱、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)以及主控系統(tǒng),老化設(shè)備的實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 高溫高濕環(huán)境下幕墻結(jié)構(gòu)膠老化設(shè)備實(shí)物圖Fig. 1 Accelerated aging equipment of structural silicone sealant

試驗(yàn)測(cè)試工作箱用于放置隱框玻璃幕墻單元,溫度控制系統(tǒng)及濕度控制系統(tǒng)受控于主控系統(tǒng),并與試驗(yàn)測(cè)試工作箱進(jìn)行聯(lián)通,實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)測(cè)試工作箱中溫度及濕度可控,測(cè)試工作箱中的溫度以及濕度信息最終反饋給主控系統(tǒng)顯示于電腦客戶(hù)端。預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)測(cè)試工作箱的溫度狀態(tài)以及系統(tǒng)工作狀態(tài)達(dá)到保護(hù)裝置的目的。老化設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 幕墻結(jié)構(gòu)膠老化設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖Fig. 2 Structure diagram of the accelerated aging equipment

2 設(shè)備模塊設(shè)計(jì)

設(shè)備采用模塊化的設(shè)計(jì)方式,整體設(shè)計(jì)如圖3～圖8所示。設(shè)備主要包括測(cè)試工作箱,及用于對(duì)箱體內(nèi)的溫度和濕度進(jìn)行調(diào)控的溫度調(diào)節(jié)裝置以及濕度調(diào)節(jié)裝置；箱體內(nèi)設(shè)有多個(gè)中間隔層,每個(gè)中間隔層的位置固定連接有U型卡槽（U型卡槽固定在箱體上）,U型卡槽連接有推拉式承托架,推拉式承托架主要用于水平放置隱框玻璃幕墻,承擔(dān)足尺的隱框玻璃幕墻的重量。箱體的右側(cè)設(shè)有電柜,電柜內(nèi)安裝有主控裝置,濕度調(diào)節(jié)裝置和濕度調(diào)節(jié)裝置與主控裝置通訊連接,箱體的前側(cè)設(shè)有箱門(mén),箱門(mén)上設(shè)有用于觀察箱體內(nèi)部情況的觀察窗口。

圖3 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖 （正視圖） Fig. 3 Design of the accelerated aging equipment (front view)

圖4 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖（左視圖） Fig. 4 Design of the accelerated aging equipment (left view)

圖5 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖 （右視圖） Fig. 5 Design of the accelerated aging equipment (right view)

圖6 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖（俯視圖）Fig. 6 Design of the accelerated aging equipment (vertical view)

圖7 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖 （樣品擺放圖） Fig. 7 Design of the accelerated aging equipment (samples in equipment)

圖8 高溫高濕老化設(shè)備設(shè)計(jì)圖（后視圖）Fig. 8 Design of the accelerated aging equipment (rear view)

2.1 測(cè)試工作箱

測(cè)試工作箱設(shè)計(jì)如圖3所示,測(cè)試工作箱內(nèi)設(shè)有多個(gè)中間隔層,每個(gè)中間隔層設(shè)置有推拉式承托架,以用于水平放置玻璃幕墻面板。箱門(mén)為雙開(kāi)門(mén),箱門(mén)與箱體之間配有門(mén)鉸,使兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)連接,兩個(gè)箱門(mén)與箱體之間設(shè)置有門(mén)鎖以及密封條,以保證密封效果。另外,設(shè)備的外形尺寸為D2030mm×W2160mm×H2040mm,箱體內(nèi)部尺寸為D1600mm×W1600mm×H1600mm,該尺寸足以放置足尺的隱框玻璃幕墻。箱體由后壁、左側(cè)壁、右側(cè)壁、頂板、底板以及中間層組成,外面采用鐵板烤漆,內(nèi)面采用304#不銹鋼板,底板采用2.0mm厚304#不銹鋼防滑板,承重大于等于2kg/cm2。

箱體的頂部設(shè)有氣壓平衡孔,箱體的底部設(shè)有排水管。當(dāng)箱體內(nèi)的空氣膨脹時(shí),可通過(guò)氣壓平衡孔進(jìn)行泄壓。此外,箱體的左側(cè)設(shè)有測(cè)試孔,測(cè)試孔內(nèi)設(shè)有保溫隔熱件,測(cè)試孔通過(guò)設(shè)有的密封軟塞進(jìn)行密封。保溫隔熱件選擇二氧化硅氣凝膠,二氧化硅氣凝膠涂覆于測(cè)試孔的內(nèi)壁上。測(cè)試孔的直徑為100mm。由于恒溫恒濕設(shè)置是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,對(duì)箱體正常工作時(shí)內(nèi)部的溫度和濕度校核時(shí)需放置小型的傳感器,因此通過(guò)此測(cè)試孔進(jìn)行布線。

2.2 溫度控制系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)包括氣體電加熱器、溫度傳感器以及循環(huán)風(fēng)機(jī)。循環(huán)風(fēng)機(jī)包括電機(jī)和旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪；電機(jī)固定于箱體后側(cè)的外表面,電機(jī)的輸出軸延伸至箱體的內(nèi)部并與旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪連接；箱體內(nèi)設(shè)有循環(huán)風(fēng)道（循環(huán)風(fēng)道的兩端有兩個(gè)箭頭,這兩個(gè)箭頭表示的是氣流的流向）,循環(huán)風(fēng)道的一端為出風(fēng)口,另一端為回風(fēng)口；氣體電加熱器和溫度傳感器安裝于箱體內(nèi),且氣體電加熱器靠近于出風(fēng)口布置。

溫度控制系統(tǒng)的控制原理為：氣體電加熱器靠近出風(fēng)口布置以對(duì)空氣進(jìn)行加熱,加熱后的空氣通過(guò)循環(huán)風(fēng)道的出風(fēng)口進(jìn)入,最后通過(guò)回風(fēng)口回到循環(huán)風(fēng)道,溫度傳感器監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)溫度并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至主控裝置,主控裝置分析溫度數(shù)據(jù)后反饋調(diào)節(jié)氣體電加熱器的加熱功率。

2.3 濕度控制系統(tǒng)

濕度控制系統(tǒng)包括PTC加熱器、水箱、水泵以及濕度傳感器。PTC加熱器、水箱和水泵安裝于電柜內(nèi),電柜內(nèi)還設(shè)有加濕桶,PTC加熱器置于加濕桶中,且PTC加熱器通過(guò)水泵與水箱連接,加濕桶設(shè)有向箱體內(nèi)通入水蒸氣的蒸汽通入管。濕度調(diào)節(jié)裝置還包括制冷機(jī)；制冷機(jī)安裝于箱體內(nèi),以用于對(duì)箱體內(nèi)的水蒸氣進(jìn)行冷凝以改變箱體內(nèi)的濕度。

濕度控制系統(tǒng)的控制原理為：水泵控制水箱中進(jìn)入PTC加熱器的水量,PTC加熱器對(duì)這一部分水進(jìn)行加熱使得這部分液態(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣進(jìn)入箱體內(nèi),從而達(dá)到增加濕度的效果,濕度度傳感器監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)濕度并將濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至主控裝置,主控裝置分析濕度度數(shù)據(jù)后反饋調(diào)節(jié)PTC加熱器的輸出功率。另外,通過(guò)主控裝置調(diào)節(jié)制冷機(jī)的輸出功率,可對(duì)箱體內(nèi)的水蒸氣進(jìn)行冷凝以改變箱體內(nèi)的濕度,從而達(dá)到減少濕度的效果。

2.4 報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)

高溫高濕老化設(shè)備安裝了報(bào)警器,安裝于電柜內(nèi)并與主控裝置通訊連接。報(bào)警器主要對(duì)恒溫恒濕設(shè)備所出現(xiàn)的異常工作狀態(tài)進(jìn)行停機(jī)保護(hù),異常工作狀態(tài)包括過(guò)高溫度和系統(tǒng)故障。對(duì)于溫度過(guò)高的異常狀態(tài),報(bào)警器主要基于溫度傳感器傳至主控裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,若溫度高于設(shè)定的某一個(gè)閾值,報(bào)警器啟動(dòng)報(bào)警并切斷電源。對(duì)于其他系統(tǒng)故障,比如制冷機(jī)電流過(guò)載,漏電/斷電保護(hù)失效等故障時(shí),預(yù)警器啟動(dòng)報(bào)警并切斷電源。

2.5 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括控制器及與控制器電性連接的人機(jī)交互屏,人機(jī)交互屏嵌設(shè)于電柜的表面?？刂破髟O(shè)計(jì)有對(duì)溫度控制、濕度控制、預(yù)警保護(hù)控制等子系統(tǒng)程序的主控程序。人機(jī)交互屏可輔助操作者明晰當(dāng)前箱體內(nèi)的溫度、濕度和系統(tǒng)的安裝狀態(tài),可單一通過(guò)人機(jī)交互屏輸入目標(biāo)工作溫度、濕度達(dá)到調(diào)節(jié)箱體中溫度、濕度條件的效果,也可以通過(guò)輸入不同階段的目標(biāo)工作溫度、濕度從而調(diào)節(jié)不同階段箱體內(nèi)的工作狀態(tài),從而達(dá)到程序化控制箱體內(nèi)溫度、濕度條件的目的。

3 設(shè)備特征

本實(shí)用新型通過(guò)溫度調(diào)節(jié)裝置和濕度調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)箱體內(nèi)的溫度和濕度,使得箱體內(nèi)的溫度和濕度情況與真實(shí)環(huán)境的溫度和濕度情況更接近,進(jìn)而試驗(yàn)測(cè)試出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確,而且,在箱體的側(cè)面設(shè)有電柜,電柜內(nèi)安裝有主控裝置,通過(guò)主控裝置可以清楚了解和掌握箱體內(nèi)的情況,并能夠通過(guò)主控裝置做出及時(shí)的調(diào)整,更加智能化,使用更加方便。另外,利用電柜的空間來(lái)安裝PTC加熱器、水箱、水泵和制冷機(jī),大大縮小了體積的占用,節(jié)省了空間,降低了制造成本。

（1）可模擬真實(shí)環(huán)境

通過(guò)溫度調(diào)節(jié)裝置和濕度調(diào)節(jié)裝置動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)箱體內(nèi)的溫度和濕度,使得箱體內(nèi)的溫度和濕度情況與真實(shí)環(huán)境的溫度和濕度情況更接近,進(jìn)而試驗(yàn)測(cè)試出的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

（2）可智能控制

在箱體的側(cè)面設(shè)有電柜,電柜內(nèi)安裝有主控裝置,通過(guò)主控裝置可以清楚了解和掌握箱體內(nèi)的情況,并能夠通過(guò)主控裝置做出及時(shí)的調(diào)整,更加智能化,使用更加方便。

（3）體積小

利用電柜的空間來(lái)安裝PTC加熱器、水箱、水泵和制冷機(jī),大大縮小了體積的占用,節(jié)省了空間,降低了制造成本。

（4）用途多

設(shè)備可模擬電子儀器儀表、新型材料、電工、車(chē)輛、金屬、電子產(chǎn)品、航空航天材料等在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程中可能會(huì)遇到的嚴(yán)酷高溫或濕熱環(huán)境,或高溫濕熱交變環(huán)境下,檢驗(yàn)材料、配件或儀器設(shè)備耐高溫、耐濕熱性能及可能造成的損壞壽命縮減,能夠?yàn)楫a(chǎn)品的老化測(cè)試提供精確的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

（1）本文設(shè)計(jì)了一種高溫高濕環(huán)境下的隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠加速老化設(shè)備,老化設(shè)備由測(cè)試工作箱、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)以及主控系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）設(shè)備可模擬高溫高濕環(huán)境,可對(duì)足尺幕墻單元副框與玻璃之間硅酮結(jié)構(gòu)膠高溫高濕加速老化,可智能動(dòng)態(tài)控制測(cè)試工作箱內(nèi)的溫度和濕度,可容納足夠多的足尺幕墻單元樣品,這為隱框玻璃幕墻面板與副框間硅酮結(jié)構(gòu)膠的老化研究提供了測(cè)試設(shè)備。