论述中空玻璃K值与气体间层的关系

１  前言

　　目前,我国建筑能耗(其中包括建造能耗和使用能耗)约为全国能源总耗量的1/4,就建筑使用能耗而言,主要体现在冬季保温和夏季降温,建筑外围护结构的四大部件(门窗幕墙、墙体、屋顶、地面)中,门窗幕墙的传热系数最大,是建筑保温、隔热最薄弱环节,据统计,门窗幕墙的能耗要占围护结构总能耗的1/2。在冬季采暖或空调的条件下,单玻窗所要损失的能耗量要占总的供热负荷的30%～50%,夏季因太阳的辐射而透过单层玻璃窗的热量造成室内空调冷量的损失,约占空调负荷的20～30%,可以看出增强门窗幕墙的保温隔热性能,是减小建筑能耗,改善室内生活环境的重要部分。

　　造成门窗能量损失的因素有三方面:门窗窗框及玻璃本身的传热与空气对流造成的能量损失;门窗缝隙使室内外空气流通造成的能量损失;辐射热透过玻璃及框料造成的能量损失。门窗的传热面积，玻璃占75%左右，所以，要控制整个门窗的K值，玻璃是关键。

2  K值的计算

　　在门窗的传导与对流传热过程中,传热系数K值是衡量传热量大小的一个重要指标,所谓传热系数是在稳定传热的条件下,维护结构两侧空气温差1K,1h内通过1㎡面积传递的热量,单位(W/㎡.K)。与导热系数的概念不同,所谓导热系数λ是在稳定传热的条件下, 1m厚的物体两侧表面温差为1℃,1h内通过1㎡面积传递的热量,单位(W/m.K)。两者的概念是有区别的,不要混淆。

　　K=1/R0                                   (2-1)

　　K—— 传热系数(W/㎡·K)

　　R0 ——总热阻 (㎡·K/W)

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

　　Ri——内表面换热阻(㎡·K/W)

　　R——材料层热阻(㎡·K/W)

　　Re——外表面换热阻(㎡·K/W)

　　R=δ/λ                                  (2-3)

　　δ——材料厚度(m)

　　λ——导热系数(W/m·K)

　　Ri=1/αi

　　αi ——内表面换热系数(W/㎡·K) 玻璃取αi =8 W/㎡.K

　　Ri=1/8=0.125 ㎡·K/W

　　Re=1/αe

　　αe——外表面换热系数(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  气体间层的热阻(R’)确定

　　3.1  数学模型

　　气体间层的热阻大小,取决于间层两个界面之间的厚度和之间的辐射换热强度，对流换热在间层总的传热量中,也占有一定的比例。对流换热的强度,与间层的厚度,间层的设置方向及形状、密封性等因素有关。

　　R’=1/hs

　　hs-气体间层的导热率

　　hs=hg+hr

　　hg-气体间层气体的导热系数

　　hr-气体间层辐射导热系数

　　hr=4σ(1/ε1+1/ε2-1)-1·Tm3

　　ε1ε2 间隙层两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率

　　σ斯蒂芬-波尔斯曼常数

　　hg=Nuλ/s

　　Nu=A(Gr·Pr)n

　　常数

　　Gr-格拉晓夫准数

　　Pr-普朗特准数

　　N-幂指数

　　Gr=(9.81s3ΔTρ2)/Tmμ

　　Pr=μ·c/λ

　　ΔT-气体间层前后玻璃表面的温度差，K

　　ρ-气体密度

　　μ-气体的动态粘度

　　c-气体的比热

　　气体间层的传热是一个很复杂的过程，根据上面公式，也只能对气体间层小于16mm 的热阻计算比较准确，随着气体间层的增大，对流换热会增强，计算起来比较复杂，可直接按下表热阻计算。

　　3.2  空气间层的热阻

表1  空气间层的热阻(R’)

气体间层当量导热系数计算:

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

　　R’—气体间层热阻(㎡.K/W),按(表2)查得

　　δ—气体间层厚度(m)

　　λ’—气体间层当量导热系数(W/m.K)

3.3  中空玻璃间层用氩气填充时的热阻(R’)确定

表2  中空玻璃间层用氩气填充时的热阻(R’)

4  玻璃K值的计算,玻璃种类对K值的影响

　　4.1玻璃K值的计算

　　众所周知,玻璃在铝合金门窗中占的面积量最大,玻璃的传热,是整个门窗传热的决定因素,所以要想使铝合金门窗的传热达到满意的效果,必须对玻璃种类加一控制。下面列举几种玻璃K值的计算事例,对玻璃K值进行比较并说明:

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