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建築研究簡訊第110期

  • 日期:109-12-31
主題報導蔡宜中
本所風雨風洞實驗室門窗風雨試驗成果

  本所風雨風洞實驗室係依據行政院核准之「內政部建築研究所實驗設施設置計畫」,於2004年6月完成建置,包括:風雨實驗館及風洞實驗館。風雨實驗館設置帷幕牆風雨測試艙及門窗風雨測試艙各1座,進行建築物帷幕牆風雨試驗及門窗風雨試驗。此2項風雨試驗可協助確認建築物外牆及門窗整體性能是否達到設計標準與規範要求,減少其於強風豪雨中,可能發生之災害。風洞實驗館則擁有目前國內斷面尺度最大之低速風洞設備,可進行建築物與橋梁等縮尺模型風洞試驗研究。以下則針對門窗風雨試驗成果進行說明:

一、試驗目的

  台灣地處颱風頻繁地區,因每棟高層建築、超高層建築,其外牆門窗使用量均相當龐大;惟有透過門窗風雨試驗,才有助於事先瞭解各類門窗系統之特性。但並不是所有的門窗皆有必要做門窗風雨試驗,一般因高層建築較易遭受強風豪雨危害,才需進行門窗風雨試驗,以提高日常氣密性、水密性、抗風壓性能,保障生命財產安全。

  事實上門窗風雨試驗並不是法令規定須強制執行的試驗,但基於上開理由,較審慎的營建業者,會在鋁窗運至工地現場,尚未施工安裝之前;先現場隨機抽樣並簽名,再送交本實驗室進行檢測。待測試通過取得測試合格報告後,方進行工地鋁窗之安裝與施工。如此除可保障使用者的安全,更可維護公司信譽。

二、試驗設備

  門窗風雨測試艙(如圖1所示)最大可安裝寬度3公尺,高度3公尺之門窗試體,其餘設備包括有:鼓風機組供氣系統(如圖2所示)提供正負靜壓至10,000 Pa、噴水系統(如圖3所示)供水速率達150 l/min及自動化儀控程式(如圖4所示)等。

三、試驗項目簡介

  門窗風雨試驗包括氣密性試驗、水密性試驗及抗風壓性試驗等3項試驗。門窗風雨試驗各項試驗有其先後順序,以避免因試驗順序操作錯誤,導至不良物理性能試驗之結果。而依據CNS11524(2006)門窗性能試驗法通則,執行上述3項試驗,順序分別為:(1)氣密性試驗、(2)水密性試驗、(3)抗風壓性試驗。

四、試驗分類

  門窗風雨測試艙之試體分2大類,1種為門窗,1種為非門窗。本實驗室出具之門窗試體測試報告書會標示國際實驗室認證聯盟轉授權實驗室組合標記(ILAC-MRA)(如圖5所示)。有了此組合標記,表示風雨風洞實驗室所出具的門窗風雨試驗測試報告書,可同時獲得國際實驗室認證聯盟(International Laboratory Accreditation Cooperation;簡稱ILAC),一百多個簽署國相互承認協議認證機構的接納;在本實驗室做完試驗,毋須於聯盟國重新做測試。

  太陽能光電模組、太陽能集熱器、薄膜型BIPV太陽能光電模組、石瑛板等非門窗試體可利用門窗風雨測試艙進行抗風壓性試驗;塑膠耐候浪板、白磚外牆、防火被覆外牆、建築金屬牆面飾板、外牆防火複合板、環保節能磚等非門窗試體則可利用門窗風雨測試艙進行風雨試驗。由於以上試體雖在門窗風雨測試艙進行試驗,但因其非屬門窗,故測試報告不能標示ILAC-MRA標誌。

  門窗風雨試驗之氣密性試驗、水密性試驗及抗風壓性試驗等3項試驗依CNS 3092(2005)鋁合金製窗所規定,有下列表1~3所述等級。排序第1為CNS 3092(2005)所規定之最高等級,以下類推。

表1 氣密性試驗等級

表2 水密性試驗等級

表3 抗風壓性試驗等級

五、試驗結果

  本所門窗風雨測試艙109年度1月至12月廠商委託檢測案共21件,全數為門窗試體,試驗結果如表4所示。一般來說,受委託廠商會請本實驗室門窗風雨試驗之氣密性、水密性、抗風壓性等3項試驗項目全做。但如其中有測試項目不通過時,受委託廠商會與該案業主及本實驗室討論如何改進,經業主同意後受委託廠商會進行調整補強,本實驗室亦會將整個測試過程詳實記錄在測試報告內,故廠商委託檢測案件與受檢測次數會有些微差距,以下為109年度門窗風雨試驗檢測結果及各分項試驗之統計(如表4~7所示)。

表4 109年度門窗風雨試驗檢測結果

表5 109年度氣密性試驗檢測結果

表6 109年度水密性試驗檢測結果

表7 109年度抗風壓性試驗檢測結果

1.氣密性試驗結果檢討分析

  氣密性能是指於指定壓力差下,每單位門窗面積單位時間內之漏氣量,主要可反應在空調節能及隔音效果。氣密性好,室內冷氣不易流失,減少空調負荷;相對的,氣密性好,減少空氣傳音,隔音性佳。

  試驗方法採用CNS 11527(2004)門窗氣密性試驗法,其試體安裝時須保持正確的水平及垂直度,且與測試艙之間不產生空隙,使空氣不致洩漏。

  109年度氣密性試驗檢測結果,全數通過排序第1的2等級線,可見受測廠商其氣密窗之製造技術已相當進步了。

2.水密性試驗結果檢討分析

  水密性能是以壓力差為其性能表示,係反應雨水不滲漏的條件下可耐壓力差之程度。

  試驗方法採用CNS 11528(2004)門窗水密性試驗法,水密性試驗是依國家標準定義在規定注水量及脈動壓力差下,檢視其室內側之漏水情形。

  雖然水密性不至於影響安全,但門窗水密性差,狂風暴雨會造成漏水現象,降低室內居住環境品質(如圖6所示)。

  109年度水密性試驗檢測結果,7次通過排序第1的50級-即500Pa壓力差(中央值),9次通過排序超越為第1等級2倍的1000Pa壓力差(中央值),4次通過排序超越為第1等級3倍的1500Pa壓力差(中央值)。另有1次不通過超越為第1等級2.4倍的1200Pa壓力差(中央值),2次不通過超越為第1等級3倍的1500Pa壓力差(中央值)。

  由受測案件發現業主對受委託廠商的水密性試驗要求大多超過CNS 3092(2005)鋁合金製窗所規定水密性試驗最高等級50級-即500Pa壓力差(中央值),3次水密性試驗不通過的案件即為如此。第1案業主要求受委託廠商以CNS 3092(2005)鋁合金製窗所規定水密性試驗最高等級50級-即500Pa壓力差(中央值)之3倍標準1500Pa壓力差(中央值)來量測該鋁窗之水密性能,該案進行水密性試驗時在中央對接料下方出現「向樘外之吹出」不通過情形。經更換窗品後再以第2案重新申請測試,第1次進行水密性試驗時在中央對接料下方仍出現「向樘外之吹出」不通過情形,受委託廠商遂進行連動手把與氣密條調整補強,再次進行水密性試驗終於通過,本實驗室亦詳實將整個測試過程記錄在測試報告內。

  第3案業主要求受委託廠商以CNS 3092(2005)鋁合金製窗所規定水密性試驗最高等級50級-即500Pa壓力差(中央值)之2.4倍標準1200Pa壓力差(中央值)來量測該鋁窗之水密性能,該案進行水密性試驗時在窗扇下方出現「向樘外之流出」及「向樘外之吹出」不通過情形。由於委託廠商已瞭解該窗本身本來就沒有承受如此高水密性試驗的能力,且此案是委託廠商在進行自身公司鋁窗產品的開發驗證,因已瞭解其產品之特質,故不再進行第2次水密性試驗。

  因門窗風雨試驗的主要目的是「預防重於治療」。如在鋁窗安裝施工前,先於實驗室測試發現其缺失,研擬改善對策,待修正測試通過後,再將工地現場所有鋁窗依對策改善完畢,方將鋁窗安裝施工,以避免將已安裝上去之鋁窗全數拆除處理之曠日廢時事件發生。故當受委託廠商在試驗過程有不通過的情形發生時,本實驗室皆會協助廠商做最良好的服務,找出問題點,以幫助業界進行門窗開發、改善,並藉此服務及交流,提升實驗室之能力與品質。

3.抗風壓性試驗結果檢討分析

  抗風壓性試驗主要是檢測試體的變形性能及安全性能,試驗方法採用CNS 11526(2003)門窗抗風壓性試驗法(如圖7所示)。加壓方法原則上以正壓進行變形試驗,判定合格與否則以CNS 3092(2005)規定之標準判定。

  鋁窗承受強大的風壓力,在強風之下可能造成鋁窗框料受擠壓產生變形、扭曲,使得玻璃碎裂,導致風雨入侵而損害建築物室內設施使用機能。玻璃愈大,面對強風所承受之風壓變形愈大;且樓層高度愈高,風壓也逐層加大,其安全性能是不可輕忽的。

  109年度抗風壓性試驗檢測結果,全數通過排序第1的360等級-最大加壓壓力3600Pa,可見受測廠商其考量台灣為多颱風的環境,門窗之抗風壓性製造技術已相當進步才足以抵擋颱風造成的危害。

六、未來展望

  在門窗風雨試驗檢測方面,本實驗室未來希望能持續結合理論、實務及試驗三大面向,持續改良、開發門窗相關之構件與技術,提昇門窗產品之精密性、安全性與施工技術,進而提高整體建築工程品質。因此,後續工作重點,除了試驗研究之外,更重要的是提供業界研發服務,從研發及測試實驗中汲取更多的數據與經驗,提升業界產品水準及技術。

圖1門窗風雨測試艙 圖2鼓風機組供氣系統
圖3測試艙內噴水系統 圖3測試艙內噴水系統

圖5國際實驗室認證聯盟轉授權實驗室組合標記(ILAC-MRA)

圖6門窗水密性差狂風暴雨造成漏水現象

圖7抗風壓性試驗測試情形