１  前言

　　目前,我國(guó)建筑能耗(其中包括建造能耗和使用能耗)約為全國(guó)能源總耗量的1/4,就建筑使用能耗而言,主要體現(xiàn)在冬季保溫和夏季降溫,建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shù)最大,是建筑保溫、隔熱最薄弱環(huán)節(jié),據(jù)統(tǒng)計(jì),門窗幕墻的能耗要占圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的1/2。在冬季采暖或空調(diào)的條件下,單玻窗所要損失的能耗量要占總的供熱負(fù)荷的30%～50%,夏季因太陽(yáng)的輻射而透過單層玻璃窗的熱量造成室內(nèi)空調(diào)冷量的損失,約占空調(diào)負(fù)荷的20～30%,可以看出增強(qiáng)門窗幕墻的保溫隔熱性能,是減小建筑能耗,改善室內(nèi)生活環(huán)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(duì)流造成的能量損失;門窗縫隙使室內(nèi)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(gè)門窗的K值，玻璃是關(guān)鍵。

2  K值的計(jì)算

　　在門窗的傳導(dǎo)與對(duì)流傳熱過程中,傳熱系數(shù)K值是衡量傳熱量大小的一個(gè)重要指標(biāo),所謂傳熱系數(shù)是在穩(wěn)定傳熱的條件下,維護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差1K,1h內(nèi)通過1㎡面積傳遞的熱量,單位(W/㎡.K)。與導(dǎo)熱系數(shù)的概念不同,所謂導(dǎo)熱系數(shù)λ是在穩(wěn)定傳熱的條件下, 1m厚的物體兩側(cè)表面溫差為1℃,1h內(nèi)通過1㎡面積傳遞的熱量,單位(W/m.K)。兩者的概念是有區(qū)別的,不要混淆。

　　K=1/R0                                   (2-1)

　　K—— 傳熱系數(shù)(W/㎡·K)

　　R0 ——總熱阻 (㎡·K/W)

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

　　Ri——內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K)

　　Ri=1/αi

　　αi ——內(nèi)表面換熱系數(shù)(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(shù)(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(shù)學(xué)模型

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

　　R’=1/hs

　　hs-氣體間層的導(dǎo)熱率

　　hs=hg+hr

　　hg-氣體間層氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

　　hr-氣體間層輻射導(dǎo)熱系數(shù)

　　hr=4σ(1/ε1+1/ε2-1)-1·Tm3

　　ε1ε2 間隙層兩表面在平均絕對(duì)溫度Tm下的校正發(fā)射率

　　σ斯蒂芬-波爾斯曼常數(shù)

　　hg=Nuλ/s

　　Nu=A(Gr·Pr)n

　　常數(shù)

　　Gr-格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)

　　Pr-普朗特準(zhǔn)數(shù)

　　N-冪指數(shù)

　　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(dòng)態(tài)粘度

　　c-氣體的比熱

　　氣體間層的傳熱是一個(gè)很復(fù)雜的過程，根據(jù)上面公式，也只能對(duì)氣體間層小于16mm 的熱阻計(jì)算比較準(zhǔn)確，隨著氣體間層的增大，對(duì)流換熱會(huì)增強(qiáng)，計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜，可直接按下表熱阻計(jì)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(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)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(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)

3.3  中空玻璃間層用氬氣填充時(shí)的熱阻(R’)確定

表2  中空玻璃間層用氬氣填充時(shí)的熱阻(R’)

4  玻璃K值的計(jì)算,玻璃種類對(duì)K值的影響

　　4.1玻璃K值的計(jì)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(gè)門窗傳熱的決定因素,所以要想使鋁合金門窗的傳熱達(dá)到滿意的效果,必須對(duì)玻璃種類加一控制。下面列舉幾種玻璃K值的計(jì)算事例,對(duì)玻璃K值進(jìn)行比較并說(shuō)明:

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