論述中空玻璃K值與氣體間層的關系

１  前言

　　目前,我國建筑能耗(其中包括建造能耗和使用能耗)約為全國能源總耗量的1/4,就建筑使用能耗而言,主要體現在冬季保溫和夏季降溫,建筑外圍護結構的四大部件(門窗幕墻、墻體、屋頂、地面)中,門窗幕墻的傳熱系數最大,是建筑保溫、隔熱最薄弱環節,據統計,門窗幕墻的能耗要占圍護結構總能耗的1/2。在冬季采暖或空調的條件下,單玻窗所要損失的能耗量要占總的供熱負荷的30%～50%,夏季因太陽的輻射而透過單層玻璃窗的熱量造成室內空調冷量的損失,約占空調負荷的20～30%,可以看出增強門窗幕墻的保溫隔熱性能,是減小建筑能耗,改善室內生活環境的重要部分。

　　造成門窗能量損失的因素有三方面:門窗窗框及玻璃本身的傳熱與空氣對流造成的能量損失;門窗縫隙使室內外空氣流通造成的能量損失;輻射熱透過玻璃及框料造成的能量損失。門窗的傳熱面積，玻璃占75%左右，所以，要控制整個門窗的K值，玻璃是關鍵。

2  K值的計算

　　在門窗的傳導與對流傳熱過程中,傳熱系數K值是衡量傳熱量大小的一個重要指標,所謂傳熱系數是在穩定傳熱的條件下,維護結構兩側空氣溫差1K,1h內通過1㎡面積傳遞的熱量,單位(W/㎡.K)。與導熱系數的概念不同,所謂導熱系數λ是在穩定傳熱的條件下, 1m厚的物體兩側表面溫差為1℃,1h內通過1㎡面積傳遞的熱量,單位(W/m.K)。兩者的概念是有區別的,不要混淆。

　　K=1/R0                                   (2-1)

　　K—— 傳熱系數(W/㎡·K)

　　R0 ——總熱阻 (㎡·K/W)

　　R0=Ri +∑R +Re                           (2-2)

　　Ri——內表面換熱阻(㎡·K/W)

　　R——材料層熱阻(㎡·K/W)

　　Re——外表面換熱阻(㎡·K/W)

　　R=δ/λ                                  (2-3)

　　δ——材料厚度(m)

　　λ——導熱系數(W/m·K)

　　Ri=1/αi

　　αi ——內表面換熱系數(W/㎡·K) 玻璃取αi =8 W/㎡.K

　　Ri=1/8=0.125 ㎡·K/W

　　Re=1/αe

　　αe——外表面換熱系數(W/㎡·K)

　　夏季取αe=19 W/㎡·K

　　冬季取αe=23 W/㎡·K

　　夏季: Re=1/19=0.053 ㎡.K/W

　　冬季: Re=1/23=0.043 ㎡·K/W

3  氣體間層的熱阻(R’)確定

　　3.1  數學模型

　　氣體間層的熱阻大小,取決于間層兩個界面之間的厚度和之間的輻射換熱強度，對流換熱在間層總的傳熱量中,也占有一定的比例。對流換熱的強度,與間層的厚度,間層的設置方向及形狀、密封性等因素有關。

　　R’=1/hs

　　hs-氣體間層的導熱率

　　hs=hg+hr

　　hg-氣體間層氣體的導熱系數

　　hr-氣體間層輻射導熱系數

　　hr=4σ(1/ε1+1/ε2-1)-1·Tm3

　　ε1ε2 間隙層兩表面在平均絕對溫度Tm下的校正發射率

　　σ斯蒂芬-波爾斯曼常數

　　hg=Nuλ/s

　　Nu=A(Gr·Pr)n

　　常數

　　Gr-格拉曉夫準數

　　Pr-普朗特準數

　　N-冪指數

　　Gr=(9.81s3ΔTρ2)/Tmμ

　　Pr=μ·c/λ

　　ΔT-氣體間層前后玻璃表面的溫度差，K

　　ρ-氣體密度

　　μ-氣體的動態粘度

　　c-氣體的比熱

　　氣體間層的傳熱是一個很復雜的過程，根據上面公式，也只能對氣體間層小于16mm 的熱阻計算比較準確，隨著氣體間層的增大，對流換熱會增強，計算起來比較復雜，可直接按下表熱阻計算。

　　3.2  空氣間層的熱阻

表1  空氣間層的熱阻(R’)

氣體間層當量導熱系數計算:

　　λ’=δ/R’                           (2-4)

　　R’—氣體間層熱阻(㎡.K/W),按(表2)查得

　　δ—氣體間層厚度(m)

　　λ’—氣體間層當量導熱系數(W/m.K)

3.3  中空玻璃間層用氬氣填充時的熱阻(R’)確定

表2  中空玻璃間層用氬氣填充時的熱阻(R’)

4  玻璃K值的計算,玻璃種類對K值的影響

　　4.1玻璃K值的計算

　　眾所周知,玻璃在鋁合金門窗中占的面積量最大,玻璃的傳熱,是整個門窗傳熱的決定因素,所以要想使鋁合金門窗的傳熱達到滿意的效果,必須對玻璃種類加一控制。下面列舉幾種玻璃K值的計算事例,對玻璃K值進行比較并說明:

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