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Ri——内表面换热阻(㎡·
R——材料层热阻(㎡·
Re——外表面换热阻(㎡·
R=δ/λ(2-3)
δ——材料厚度(m)
λ——导热系数(W/m·
Ri=1/αi
αi——内表面换热系数(W/㎡·
K)玻璃取αi=8W/㎡.K
Ri=1/8=㎡·
K/W
Re=1/αe
αe——外表面换热系数(W/㎡·
K)
夏日取αe=19W/㎡·
K
冬季取αe=23W/㎡·
夏日:
Re=1/19=㎡.K/W
冬季:
Re=1/23=㎡·
3气体间层的热阻(R’)肯定
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,也占有必然的比例。
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=ΔTρ2)/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进程,按照上面公式,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。
空气间层的热阻
表1空气间层的热阻(R’)
位置热流状态
冬季状态
夏季状态
间层XXδ(cm)
间层厚度δ(cm)
1
2
3
4
5以上
4~5
6以上
热流向下
热流向上
垂直空气间层
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/
中空玻璃间层用氩气填充时的热阻(R’)肯定
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
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,必需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:
中空玻璃K值计算:
(以6+9+6双白中空玻璃为例)
求出中空玻璃的总热阻R0
R0=Ri+∑R+ReR0=Ri+R1+R’+R2+Re
R1——内片玻璃热阻(㎡·
R2——外片玻璃热阻(㎡·
R’——气体间层热阻(㎡·
已知:
Ri=㎡·
K/W
Re=㎡·
R’查表1得:
R’=㎡·
R1=R2=δ/λ δ—材料厚度(m)
λ—导热系数(W/查表1知:
玻璃的导热系数为(W/m·
R1=R2==㎡·
玻璃的总热阻夏日:
R0=++++=㎡·
冬季:
6+9+6双白中空玻璃K值:
K=1/R0
夏日:
K=1/=W/㎡·
相同的计算方式,不同种类中空玻璃的K值列表如下:
序号
玻璃类型
夏季K值(W/㎡.K)
冬季K值(W/㎡.K)
6+6+6双白中空
6+9+6双白中空
6+12+6双白中空
6+6+6双白中空(充氩气)
5
6+9+6双白中空(充氩气)
6
6+12+6双白中空(充氩气)
玻璃种类对K值的影响
中空玻璃间层,除充空气外,还可以充填状态稳定的惰性气体,(例如氩气、氪气等)会不同程度的提高中空玻璃的隔热保温性能,这是因为惰性气体的导热系数比空气低,(空气的导热系数为,氩气的导热系数为W/,氪气的导热系数为。
同时惰性气体的密度、比热、及动态黏度也对保温效果起到必然的作用。
目前,应用较多的惰性气体是氩气,这是因为氩气在空气中的含量比较丰硕,提取比较容易,本钱也较低。
中空玻璃的传热系数,随着中空玻璃间层的增大而减小,保温隔热的效果越好,可是气体间层的转变与气体热阻的转变并非成正比。
通过气体热阻(R’)与间层厚度(H)曲线就可反映此问题:
气体间层在以下时,空气的热阻夏日由~㎡·
K/W,差值为㎡·
K/W,冬季由~㎡·
K/W。
气体间层在以上时,空气的热阻夏日由~㎡·
K/W,差值为㎡·
比较中发现,气体间层以上时,热阻的转变微乎其微,相反间层越大,空气更多的参与对流作用,会使热阻减小,氩气填充的间层也如此。
所以,气体间层越大,隔热保温效果并非是越好,最理想的厚度为以下。
特殊中空玻璃K值计算:
随着建筑业的发展,建筑节能标准的不断提高,普通的中空玻璃已不能知足建筑节能的要求,需要一些新的中空玻璃产品代替。
下面举例说明几种产品的隔热保温情况:
三层中空玻璃及K值计算(以5+6+5+6+5白玻中空玻璃为例)
求出中空玻璃的总热阻R0
R0=Ri+∑R+ReR0=Ri+3R1+2R’+Re
R1—玻璃热阻(㎡.K/W)
R’—气体间层热阻(㎡·
已知:
R’查表2得:
R1=δ/λ
δ—材料厚度(m)
λ—导热系数(W/m·
K)查表1知:
R0=+++
=㎡·
中空玻璃K值:
相同的计算方式,不同种类三层中空玻璃的K值列表如下:
夏季K值(W/㎡·
冬季K值(W/㎡·
5+6+5+6+5白玻中空
5+9+5+9+5白玻中空
5+12+5+12+5白玻中空
5+6+5+6+5白玻中空(充氩气)
5+9+5+9+5白玻中空(充氩气)
通过中空玻璃K值计算可以得出如下结论:
a.三层中空玻璃的K值与普通中空玻璃K值比较,有大幅度降低,这是由于中空玻璃多个气体间层所决定的,在很大程度上提高了中空玻璃的保温隔热性能。
b.三层中空玻璃与普通中空玻璃比较,因重量增加,厚度增大,使得门窗框料的型状结构尺寸发生很大的转变。
同时,对门窗的配件(角码、铰链、等)提出了很高的要求,这样就造成本钱的增加。
因此,三层中空玻璃在现阶段很少被采用。
c.染色玻璃及镀膜玻璃组成的中空玻璃
染色玻璃又叫吸热玻璃,它是通过本体着色来增大阳光热量的吸收,减小阳光热量的透过,由于室外对流的原因,吸收的阳光热量会被带走一部份,从而减小了太阳辐射热进入室内的程度,但其对远红外线的控制与普通白玻璃相同,辐射率为:
。
所以,在条件相同的情况下,组成中空玻璃的K值与普通白玻璃组成的K值相同。
d.镀膜玻璃又叫热反射玻璃,它在波长μm~μm的范围内有良好的透明度,对波长小于μm的紫外光及波长在~μm的红外线有很高的反射率,而阳光辐射热量有97%都集中在波长为μm~μm的范围内,所以对太阳辐射热有良好的反射作用,但对远红外热辐射没有明显的反射作用,所以,在条件相同的情况下,组成中空玻璃的K值与普通白玻璃组成的K值相近。
3Low-E玻璃及组成的中空玻璃
玻璃又叫低辐射镀膜玻璃,它对波长μm~μm范围的太阳辐射热有60%的透过率,对μm~25μm的远红外线有很高的反射效果,可以将室内传递过来的80%远红外辐射热反射归去,又可以将太阳辐射热很好的进入室内,因此具有单向阀的作用。
b.Low-E玻璃分为两种:
一种是在线高温热解沉积法生产的Low-E玻璃,另一种是离线真空溅射法生产的Low-E玻璃。
在线高温热解沉积法生产的Low-E玻璃长处是:
可以热弯,钢化,不需要在中空状态下利用。
其缺点:
热学性能相对于离线真空溅射法生产的Low-E玻璃较差,大部份在线Low-E玻璃的辐射率在~之间,除非增加镀膜的厚度,但镀膜增厚会使玻璃的透明度超级差。
离线真空溅射法生产的Low-E玻璃的最大长处是:
具有良好的远红外反射能力,K值远比在线Low-E玻璃好,其辐射率在~之间。
缺点是:
氧化银的膜层比较脆弱,必需做成中空玻璃后才能利用,在未做成中空之前不能远程运输。
c.由Low-E玻璃组成的中空玻璃K值是随着其辐射率的转变而转变的,这是因为辐射率的转变会直接影响到气体间层热阻的转变,通过下面列表比较就可以发现其转变情况:
(表3)不同辐射率的Low-E中空玻璃的气体间层热阻:
(R’)
辐射率
d.气体间层的热阻值,随着Low-E玻璃辐射率的增大而减小,使得Low-E中空玻璃的K值有大幅度的增加。
e.从表3可以看出Low-E中空玻璃间层的热阻值,当间层厚度≤时间层的热阻值R’随着间层厚度的增加而增大,当气体间层厚度≥时,间层的热阻值R’随着间层厚度的增加而略有减小。
不同辐射率的Low-E中空玻璃K值比较:
6+12+6外Low-E内白玻中空
5总结
本文通过玻璃传热系数的计算,旨在了解玻璃传热的进程,加深门窗传热概念的理解,通过对传热系数的计算,可以了解门窗节能的发展方向,知道哪些环节是门窗节能的重要环节,玻璃及型材哪些方面可以改良,改良后的效果如何。
同时,可以按照计算实例,简单计算玻璃的K值,为设计提供参考,本文仅供参考。
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