簡(jiǎn)論建筑門(mén)窗傳熱系數(shù)檢測(cè)及影響因素

史婧慧

【摘 要】對(duì)節(jié)能越來(lái)越重視的今天，門(mén)窗玻璃作為外窗最主要的組成部分，其傳熱系數(shù)對(duì)門(mén)窗保溫的影響是最重要的，近些年已經(jīng)在建筑上得到了極其廣泛的使用，特別是幕墻工程中外墻占比非常高，深入分析和掌握中空玻璃傳熱系數(shù)，能夠發(fā)揮門(mén)窗玻璃最佳的節(jié)能性能。

【關(guān)鍵詞】建筑門(mén)窗；傳熱系數(shù)；系數(shù)檢測(cè)

一、中空玻璃的傳熱過(guò)程

中空玻璃的傳熱過(guò)程包含了輻射傳遞、對(duì)流傳遞、傳導(dǎo)傳遞這三種基本的傳熱機(jī)理及復(fù)雜的交互作用過(guò)程。輻射傳遞是能量通過(guò)射線以輻射的形式進(jìn)行的傳遞，這種射線包括可見(jiàn)光、紅外線和紫外線等的輻射，高溫物體向低溫玻璃輻射的熱量與物體的輻射發(fā)射率有關(guān)，玻璃的輻射發(fā)射率較大，如果在玻璃上鍍上一層低輻射膜，便可使其輻射的熱量減少，起到保溫作用。對(duì)流傳遞是由于在玻璃的兩側(cè)具有溫度差，造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升，產(chǎn)生空氣的對(duì)流，造成能量的流失。傳導(dǎo)傳遞是由于溫度不同的相鄰的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生碰撞和電子遷移，帶動(dòng)能量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而達(dá)到熱傳遞的目的。中空玻璃對(duì)能量的傳導(dǎo)傳遞是通過(guò)玻璃和其內(nèi)部的空氣來(lái)完成的。

二、建筑門(mén)窗傳熱系數(shù)的構(gòu)成

門(mén)窗傳熱系數(shù)是評(píng)定門(mén)窗熱流動(dòng)性能的最重要的依據(jù)之一，是表征門(mén)窗保溫性能的重要指標(biāo)。一般情況下，要想讓降低室內(nèi)溫度因?yàn)槭彝鉁夭疃斐傻臒崃苛鲃?dòng)狀況，就必須對(duì)門(mén)窗的熱絕緣系數(shù)進(jìn)行提高或者把門(mén)窗的傳熱系數(shù)進(jìn)行降低。就目前我國(guó)普通居民所安裝的窗戶來(lái)看，其基本的構(gòu)成部分主要有玻璃和框扇，窗戶傳熱系數(shù)的降低和這兩部分的構(gòu)成具有密切關(guān)系。當(dāng)窗戶的玻璃以及框扇的傳熱系數(shù)都呈現(xiàn)比較小的狀態(tài)時(shí)，整個(gè)窗戶的傳熱系數(shù)自然而然就會(huì)比較?。徊ＡУ膫鳠嵯禂?shù)一般情況下都基本差不多，因此在影響窗戶傳熱系數(shù)的因素中，窗框的傳熱系數(shù)對(duì)其的影響比較大，因此當(dāng)窗框的傳熱系數(shù)比較大時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)窗戶的總體傳熱系數(shù)的降低要盡可能的對(duì)窗框的面積進(jìn)行縮小，相反，當(dāng)窗框傳熱系數(shù)較小時(shí)，其面積越大對(duì)于窗戶整體傳熱系數(shù)的降低越有利。

三、真空玻璃傳熱系數(shù)影響因素

1、真空玻璃結(jié)構(gòu)

真空玻璃是一種新型的節(jié)能玻璃，它由2塊平板玻璃構(gòu)成，玻璃板之間用高度為0.1～0.2mm的支撐物呈矩陣排列隔開(kāi)，四周使用玻璃焊料將2片玻璃封接起來(lái)，其中1片玻璃上留有抽氣孔，真空排氣后用金屬片將抽氣口封住形成真空腔。真空玻璃的原片可以用普通玻璃，也可以用鋼化或半鋼化玻璃，為了提高熱工性能，通常選用1片或2片低輻射膜玻璃（Low-E玻璃），為提高安全性，也可以將真空玻璃通過(guò)中空或夾膠的方式與另外1片玻璃組合成“復(fù)合真空玻璃”。

2、支撐物對(duì)真空玻璃傳熱系數(shù)的影響

為不影響窗玻璃的透明感，真空玻璃內(nèi)支撐物必須足夠小，當(dāng)其在明視距離0.25m外，對(duì)人眼的張角<0.1°時(shí)，人眼難以分辨。而且支撐物尺寸越小，則與玻璃的接觸面積越小，支撐物熱導(dǎo)也越小。支撐物的形狀要求360°對(duì)稱，圓柱形或圓環(huán)形最好，為了布放時(shí)不會(huì)直立，圓柱周邊為鼓形。另外，玻璃類(lèi)支撐物一般采用點(diǎn)布和絲網(wǎng)印刷工藝，很難保證其高度和形狀均一，制成的真空玻璃很容易因應(yīng)力不均勻而破裂。

3、玻璃輻射率和支撐物對(duì)真空玻璃傳熱系數(shù)的綜合影響

玻璃輻射率和支撐物間距對(duì)玻璃U值影響均較大，其中玻璃輻射率對(duì)玻璃U值影響更大。當(dāng)支撐物間距不變時(shí)，隨著玻璃輻射率減小，玻璃輻射熱導(dǎo)C輻射和U值均成倍降低。當(dāng)玻璃輻射率不變時(shí)，支撐物間距越大，支撐物熱導(dǎo)C支撐物越小。當(dāng)玻璃輻射率很低時(shí)（如0.01～0.03），支撐物熱導(dǎo)C支撐物對(duì)U值的影響起主要作用，降低C支撐物成為降低U值的關(guān)鍵因素。

四、窗框?qū)鳠嵯禂?shù)的影響

（1）由于窗系列越大，窗框厚度越大，框傳熱系數(shù)越大，當(dāng)室內(nèi)外溫度一定時(shí)，窗系數(shù)越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)窗框向室內(nèi)傳遞的熱量就越少，從而導(dǎo)致其遮陽(yáng)系數(shù)越小，所以當(dāng)其它條件一定時(shí)，隨著窗系列數(shù)的不斷增大，窗框遮陽(yáng)系數(shù)值不斷減小。（2）鋁型材本身導(dǎo)熱系數(shù)較大，保溫性能差，而復(fù)合型材采取一定的結(jié)構(gòu)配合形式后可以兼顧材料各自的優(yōu)勢(shì)，滿足裝飾效果、保溫性能、隔熱性能等要求。木材、玻璃鋼、鋁合金、PVC四種材料中木材導(dǎo)熱系數(shù)最小，玻璃鋼、PVC次之，鋁合金最大，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)采用鋁合金與木材或PVC復(fù)合設(shè)計(jì)后，復(fù)合門(mén)窗傳熱系數(shù)可以減小到3.0W/（m2·℃）以下，而鋁合金型材即使配上現(xiàn)在普遍使用的中空玻璃，傳熱系數(shù)也只能達(dá)到4.0W/（m2·℃）左右，因此同系列中，復(fù)合型材窗框可以提高窗整體的保溫性能，從而得到較好的遮陽(yáng)效果。

五、玻璃傳熱系數(shù)的檢測(cè)方法

1、標(biāo)定熱箱法

（1）適用范圍。

熱箱法適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢驗(yàn)非均質(zhì)垂直試件以及水平試件的傳熱系數(shù)或熱阻，試件的檢測(cè)取決于空氣溫度和氣流速度，還有試件表面溫度和總半球發(fā)射率，不適用于測(cè)定特殊構(gòu)件以及試驗(yàn)過(guò)程中有穿過(guò)試件的傳質(zhì)現(xiàn)象的測(cè)量。

（2）檢測(cè)原理。

采用標(biāo)定熱箱法檢測(cè)，是在一維穩(wěn)定傳熱的基礎(chǔ)上形成的，試件兩側(cè)模擬均勻溫度的流動(dòng)空氣的邊界條件，在各自保持相對(duì)穩(wěn)定和平衡的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下，測(cè)量加熱器的發(fā)熱量，減去通過(guò)熱箱外壁和試件框的熱損失，除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積，即可計(jì)算出中空玻璃的傳熱系數(shù)U值。

（3）檢測(cè)設(shè)備和樣品要求。

檢測(cè)裝置與檢測(cè)門(mén)窗保溫性設(shè)備相同，主要由熱箱、冷箱、試件框、探溫系統(tǒng)和環(huán)境空間五部分組成，本實(shí)驗(yàn)方法的特殊之處在于要在安裝階段多出不銹鋼支架用以固定樣品。試件宜為800mm×1250mm的玻璃板塊，對(duì)于超過(guò)此面積的試件框，需要用已知熱導(dǎo)率的模塑聚苯板進(jìn)行填充，這就增加了本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的不確定性。

2、熱流計(jì)法

（1）檢測(cè)原理。

熱流計(jì)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，被測(cè)試樣在穩(wěn)定狀態(tài)下，熱流計(jì)和試樣中心測(cè)量部分，具有一維恒定熱流，此時(shí)測(cè)量冷熱板熱流計(jì)輸出的熱流密度和表面溫度值，就可以計(jì)算出任意平均溫度下的傳熱系數(shù)。熱流計(jì)測(cè)量裝置需要通過(guò)已知熱阻的標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)定熱流量，這是一種間接或相對(duì)的方法。

（2）檢測(cè)設(shè)備和樣品要求。

熱流計(jì)測(cè)量裝置由主體、冷熱源和測(cè)控系統(tǒng)組成，為符合GB/T10295的對(duì)稱布置的單一試樣裝置或雙試樣裝置。單一試樣測(cè)量裝置由一個(gè)加熱單元和一個(gè)冷卻單元構(gòu)成，分別位于試樣的兩側(cè)，冷卻單元的表面與加熱單元的表面尺寸相同。熱流計(jì)分別位于被測(cè)試樣或校正試樣冷熱表面的中央。雙試樣測(cè)量裝置由一個(gè)加熱單元和兩個(gè)冷卻單元構(gòu)成，加熱單元置于被測(cè)試樣和對(duì)照試樣之間，標(biāo)定時(shí)，校正試樣應(yīng)放在被測(cè)試樣位置，將熱流計(jì)放在被測(cè)試樣或校正試樣和對(duì)照試樣的每一側(cè)。

熱流計(jì)法測(cè)試中空玻璃傳熱系數(shù)在實(shí)際中應(yīng)用較少，因?yàn)檫@是一種相對(duì)的測(cè)量方法，是以已知熱阻的試樣來(lái)估算被測(cè)試樣的熱阻，所以可能存在較大誤差。傳熱過(guò)程與試件上的溫差有關(guān)，根據(jù)中空玻璃的特性，我們未知其溫度和傳熱性質(zhì)的關(guān)系，所以盡可能選擇溫差小的，但是如果溫差較小，溫差測(cè)量的準(zhǔn)確度就會(huì)降低，所以應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的氣候狀況來(lái)取值。采用熱流計(jì)法測(cè)試中空玻璃傳熱系數(shù)應(yīng)主要注意：邊緣熱損失的影響，需要采取邊緣絕熱材料等有效措施使之減少到最?。粺崃饔?jì)的標(biāo)定，標(biāo)定系數(shù)的準(zhǔn)確可以有效的減少由于側(cè)向熱損失或熱吸收對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

3、采集數(shù)據(jù)的選取

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的選擇對(duì)于確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性具有重要意義，檢測(cè)次數(shù)過(guò)少不能排除數(shù)據(jù)偶然性的影響，對(duì)于準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的獲得產(chǎn)生一定的阻礙。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)要依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)量數(shù)據(jù)的次數(shù)應(yīng)在傳熱穩(wěn)定后，每30min測(cè)量一次，不應(yīng)該少于六次。為了減少檢測(cè)設(shè)備對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，在對(duì)檢測(cè)設(shè)備正式運(yùn)用前，應(yīng)該把相關(guān)設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱處理，像電腦、功率表等。對(duì)于制冷機(jī)的預(yù)處理方式和其它設(shè)備的處理方式有一定的差異，一般情況下它不需要進(jìn)行預(yù)熱。在進(jìn)行熱傳系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中電暖器所用電源應(yīng)該單獨(dú)設(shè)置，如果沒(méi)有特殊要求，可以把其電源電流設(shè)置為直流。除此之外，在電暖器的應(yīng)用過(guò)程中還應(yīng)該保持其所帶有的按鈕開(kāi)關(guān)的暢通。

結(jié)束語(yǔ)

中空玻璃作為窗戶和幕墻最重要的組成部分，在目前節(jié)能設(shè)計(jì)越來(lái)越高的情況下，通過(guò)對(duì)材料傳熱過(guò)程的分析，我們可以將新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的方向。

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