论述中空玻璃K值与气体间层的关系

　　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 +Re  R0= Ri +R1+R’+R2 +Re

　　R1——内片玻璃热阻(㎡·K/W)

　　R2——外片玻璃热阻(㎡·K/W)

　　R’ ——气体间层热阻(㎡·K/W)

　　已知:     Ri=0.125 ㎡·K/W 

　　夏季: Re=0.053 ㎡·K/W

　　冬季: Re=0.043 ㎡·K/W

　　R’ 查表1 得:

　　夏季: R’=0.117 ㎡·K/W

　　冬季: R’=0.135 ㎡·K/W

          R1=R2=δ/λ　　δ—材料厚度(m)

λ—导热系数(W/m.K) 查表1知:玻璃的导热系数为0.76(W/m·K)

         R1=R2=0.006/0.76=0.00789㎡·K/W

玻璃的总热阻 夏季:R0 =0.125+0.00789+0.117+0.00789+0.053=0.311㎡·K/W

冬季:R0 =0.125+0.00789+0.135+0.00789+0.043=0.319㎡·K/W

6+9+6双白中空玻璃K值: K=1/R0    

夏季:K=1/0.311=3.2 W/㎡·K

冬季:K=1/0.319=3.1 W/㎡·K

相同的计算方法,不同种类中空玻璃的K值列表如下:

　　4.2玻璃种类对K值的影响

　　4.2.1  中空玻璃间层,除了充空气外,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0.024W/m.K,氩气的导热系数为 0.016 W/m.K, 氪气的导热系数为0.0087W/m.K)。同时惰性气体的密度、比热、及动态黏度也对保温效果起到一定的作用。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富,提取比较容易，成本也较低。

　　4.2.2  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,但是气体间层的变化与气体热阻的变化并不成正比。通过气体热阻 (R’)与间层厚度(H)曲线就可反映此问题:

　　4.2.3  气体间层在1.6cm以下时,空气的热阻夏季由0.086～0.134㎡·K/W,差值为0.048 ㎡·K/W,冬季由0.103～0.154 ㎡·K/W,差值为0.051 ㎡·K/W。气体间层在1.6cm以上时,空气的热阻夏季由0.134～0.146㎡·K/W,差值为0.012 ㎡·K/W,冬季由0.152～0.181 ㎡·K/W,差值为0.027㎡·K/W。比较中发现,气体间层1.6cm以上时,热阻的变化微乎其微,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,隔热保温效果并不是越好,最理想的厚度为1.6cm以下。

　　4.3  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满足建筑节能的要求,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:

　　4.3.1  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 +Re  R0= Ri +3R1+2R’ +Re

R1—玻璃热阻(㎡.K/W)

R’—气体间层热阻(㎡·K/W)

已知:  Ri=0.125 ㎡·K/W 

夏季: Re=0.053 ㎡·K/W

冬季: Re=0.043 ㎡·K/W

          R’ 查表2 得:

夏季: R’=0.093 ㎡·K/W

冬季: R’=0.11 ㎡·K/W

          R1=δ/λ                          

δ—材料厚度(m)

λ—导热系数(W/m·K) 查表1知:玻璃的导热系数为0.76(W/m·K)

          R1=R2=0.005/0.76=0.0066㎡·K/W

玻璃的总热阻 夏季:R0 =0.125+0.0066X3+0.093X2+0.053

=0.384㎡·K/W

冬季:R0 =0.125+0.0066X3+0.11X2+0.043

=0.408㎡·K/W

             中空玻璃K值: K=1/R0    

           夏季:K=1/0.384=2.6 W/㎡·K

           冬季:K=1/0.409=2.4 W/㎡·K

相同的计算方法,不同种类三层中空玻璃的K值列表如下:

　　4.3.2  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变化。同时,对门窗的配件(角码、铰链、等)提出了很高的要求，这样就造成成本的增加。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分,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:0.837。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0.4μm～0.7μm的范围内有良好的透明度,对波长小于0.4μm的紫外光及波长在0.7～2.5μm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0.3μm～2.5μm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。

　　4.3.2  3Low-E玻璃及组成的中空玻璃

　　a.Low-E玻璃又叫低辐射镀膜玻璃,它对波长0.3μm～2.5μm范围的太阳辐射热有60%的透过率,对4.5μm～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%远红外辐射热反射回去,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玻璃优点是:可以热弯,钢化,不需要在中空状态下使用。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,大部分在线Low-E玻璃的辐射率在0.35～0.5之间,除非增加镀膜的厚度,但镀膜增厚会使玻璃的透明度非常差。离线真空溅射法生产的Low-E玻璃的最大优点是: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0.08～0.15之间。缺点是:氧化银的膜层比较脆弱,必须做成中空玻璃后才能使用,在未做成中空之前不能长途运输。

　　c. 由Low-E玻璃组成的中空玻璃K值是随着其辐射率的变化而变化的,这是因为辐射率的变化会直接影响到气体间层热阻的变化,通过下面列表比较就能发现其变化情况:

(表3) 不同辐射率的Low-E中空玻璃的气体间层热阻: (R’)

　　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    ≤1.6cm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≥1.6cm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:

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过程,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进,改进后的效果如何。同时，可以根据计算实例，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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