論述中空玻璃K值與氣體間層的關系

　　中空玻璃K值計算:(以6+9+6雙白中空玻璃為例)

　　求出中空玻璃的總熱阻 R0

　　R0=Ri +∑R +Re  R0= Ri +R1+R’+R2 +Re

　　R1——內片玻璃熱阻(㎡·K/W)

　　R2——外片玻璃熱阻(㎡·K/W)

　　R’ ——氣體間層熱阻(㎡·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—導熱系數(W/m.K) 查表1知:玻璃的導熱系數為0.76(W/m·K)

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

玻璃的總熱阻 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雙白中空玻璃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

相同的計算方法,不同種類中空玻璃的K值列表如下:

　　4.2玻璃種類對K值的影響

　　4.2.1  中空玻璃間層,除了充空氣外,還可以充填狀態穩定的惰性氣體,(例如氬氣、氪氣等)會不同程度的提高中空玻璃的隔熱保溫性能，這是因為惰性氣體的導熱系數比空氣低，(空氣的導熱系數為0.024W/m.K,氬氣的導熱系數為 0.016 W/m.K, 氪氣的導熱系數為0.0087W/m.K)。同時惰性氣體的密度、比熱、及動態黏度也對保溫效果起到一定的作用。目前,應用較多的惰性氣體是氬氣, 這是因為氬氣在空氣中的含量比較豐富,提取比較容易，成本也較低。

　　4.2.2  中空玻璃的傳熱系數,隨著中空玻璃間層的增大而減小,保溫隔熱的效果越好,但是氣體間層的變化與氣體熱阻的變化并不成正比。通過氣體熱阻 (R’)與間層厚度(H)曲線就可反映此問題:

　　4.2.3  氣體間層在1.6cm以下時,空氣的熱阻夏季由0.086～0.134㎡·K/W,差值為0.048 ㎡·K/W,冬季由0.103～0.154 ㎡·K/W,差值為0.051 ㎡·K/W。氣體間層在1.6cm以上時,空氣的熱阻夏季由0.134～0.146㎡·K/W,差值為0.012 ㎡·K/W,冬季由0.152～0.181 ㎡·K/W,差值為0.027㎡·K/W。比較中發現,氣體間層1.6cm以上時,熱阻的變化微乎其微,相反間層越大,空氣更多的參與對流作用,會使熱阻減小,氬氣填充的間層也如此。所以,氣體間層越大,隔熱保溫效果并不是越好,最理想的厚度為1.6cm以下。

　　4.3  特殊中空玻璃K值計算:

　　隨著建筑業的發展,建筑節能標準的不斷提高,普通的中空玻璃已不能滿足建筑節能的要求,需要一些新的中空玻璃產品代替。下面舉例說明幾種產品的隔熱保溫情況:

　　4.3.1  三層中空玻璃及K值計算(以5+6+5+6+5白玻中空玻璃為例)

求出中空玻璃的總熱阻 R0

R0=Ri +∑R +Re  R0= Ri +3R1+2R’ +Re

R1—玻璃熱阻(㎡.K/W)

R’—氣體間層熱阻(㎡·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—導熱系數(W/m·K) 查表1知:玻璃的導熱系數為0.76(W/m·K)

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

玻璃的總熱阻 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

相同的計算方法,不同種類三層中空玻璃的K值列表如下:

　　4.3.2  通過中空玻璃K值計算可以得出如下結論:

　　a.三層中空玻璃的K值與普通中空玻璃K值比較,有大幅度降低,這是由于中空玻璃多個氣體間層所決定的,在很大程度上提高了中空玻璃的保溫隔熱性能。

　　b.三層中空玻璃與普通中空玻璃比較,因重量增加,厚度增大,使得門窗框料的型狀結構尺寸發生很大的變化。同時,對門窗的配件(角碼、鉸鏈、等)提出了很高的要求，這樣就造成成本的增加。因此, 三層中空玻璃在現階段很少被采用。

　　c.染色玻璃及鍍膜玻璃組成的中空玻璃

　　染色玻璃又叫吸熱玻璃,它是通過本體著色來增大陽光熱量的吸收,減小陽光熱量的透過,由于室外對流的原因,吸收的陽光熱量會被帶走一部分,從而減小了太陽輻射熱進入室內的程度,但其對遠紅外線的控制與普通白玻璃相同,輻射率為:0.837。所以,在條件相同的情況下,組成中空玻璃的K值與普通白玻璃組成的K值相同。

　　d.鍍膜玻璃又叫熱反射玻璃,它在波長0.4μm～0.7μm的范圍內有良好的透明度,對波長小于0.4μm的紫外光及波長在0.7～2.5μm的紅外線有很高的反射率,而陽光輻射熱量有97%都集中在波長為0.3μm～2.5μm的范圍內,所以對太陽輻射熱有良好的反射作用,但對遠紅外熱輻射沒有明顯的反射作用, 所以,在條件相同的情況下,組成中空玻璃的K值與普通白玻璃組成的K值相近。

　　4.3.2  3Low-E玻璃及組成的中空玻璃

　　a.Low-E玻璃又叫低輻射鍍膜玻璃,它對波長0.3μm～2.5μm范圍的太陽輻射熱有60%的透過率,對4.5μm～25μm的遠紅外線有很高的反射效果,可以將室內傳遞過來的80%遠紅外輻射熱反射回去,又可以將太陽輻射熱很好的進入室內,因此具有單向閥的作用。

　　b. Low-E玻璃分為兩種:一種是在線高溫熱解沉積法生產的Low-E玻璃,另一種是離線真空濺射法生產的Low-E玻璃。在線高溫熱解沉積法生產的Low-E玻璃優點是:可以熱彎,鋼化,不需要在中空狀態下使用。其缺點:熱學性能相對于離線真空濺射法生產的Low-E玻璃較差,大部分在線Low-E玻璃的輻射率在0.35～0.5之間,除非增加鍍膜的厚度,但鍍膜增厚會使玻璃的透明度非常差。離線真空濺射法生產的Low-E玻璃的最大優點是:具有良好的遠紅外反射能力,K值遠比在線Low-E玻璃好, 其輻射率在0.08～0.15之間。缺點是:氧化銀的膜層比較脆弱,必須做成中空玻璃后才能使用,在未做成中空之前不能長途運輸。

　　c. 由Low-E玻璃組成的中空玻璃K值是隨著其輻射率的變化而變化的,這是因為輻射率的變化會直接影響到氣體間層熱阻的變化,通過下面列表比較就能發現其變化情況:

(表3) 不同輻射率的Low-E中空玻璃的氣體間層熱阻: (R’)

　　d.氣體間層的熱阻值,隨著Low-E玻璃輻射率的增大而減小,使得Low-E中空玻璃的K值有大幅度的增加。

　　e.從表3可以看出Low-E中空玻璃間層的熱阻值,當間層厚度    ≤1.6cm時間層的熱阻值R’隨著間層厚度的增加而增大,當氣體間層厚度≥1.6cm時,間層的熱阻值R’隨著間層厚度的增加而略有減小。

　　不同輻射率的Low-E中空玻璃K值比較:

5  總結

　　本文通過玻璃傳熱系數的計算,旨在了解玻璃傳熱的過程,加深門窗傳熱概念的理解,通過對傳熱系數的計算,可以了解門窗節能的發展方向,知道哪些環節是門窗節能的重要環節,玻璃及型材哪些方面可以改進,改進后的效果如何。同時，可以根據計算實例，簡單計算玻璃的K值，為設計提供參考，本文僅供參考。

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