玻璃傳熱系數(shù)不同檢測方法的對比分析

楊凌軍

(深圳市政院檢測有限公司,廣東 深圳 518057)

玻璃是決定門窗、玻璃幕墻節(jié)能的關(guān)鍵構(gòu)件,玻璃的傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、可見光透射比對于門窗、玻璃幕墻都是主要的節(jié)能指標(biāo)要求。本文針對兩種玻璃傳熱系數(shù)檢測方法,通過對大量檢測數(shù)據(jù)和兩種檢測方法的特點(diǎn)進(jìn)行分析,尋求出既經(jīng)濟(jì)便捷又能客觀真實(shí)的反映材料真實(shí)節(jié)能性能的解決方案。

1 檢測方法原理及特點(diǎn)分析

國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑節(jié)能施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50411-2007規(guī)定,針對幕墻玻璃傳熱系數(shù),同一廠家同一類型應(yīng)抽查不少于1組進(jìn)行進(jìn)場復(fù)驗(yàn),但具體檢測方法未做明確規(guī)定。

1.1 標(biāo)定熱箱法

標(biāo)定熱箱法為行業(yè)內(nèi)普遍采用的檢測方法,依據(jù)《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484-2008進(jìn)行檢測[1]。本法基于一維穩(wěn)定傳熱原理檢測樣品傳熱系數(shù),樣品一側(cè)為熱箱,模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件,另一側(cè)為冷箱,模擬冬季室外氣溫和氣流速度。在對試件縫隙進(jìn)行密封處理,試件兩側(cè)各自保持穩(wěn)定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下,測量熱箱中加熱器的發(fā)熱量,減去通過熱箱外壁和樣品框的熱損失(兩者均由標(biāo)定試驗(yàn)確定),除以樣品面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積,即可得出樣品的傳熱系數(shù)。

該法的優(yōu)點(diǎn)主要是檢測環(huán)境真實(shí)模擬樣品實(shí)際使用環(huán)境,檢測結(jié)果能真實(shí)反映樣品在實(shí)際使用時(shí)的保溫性能,檢測結(jié)果對建筑整體節(jié)能的驗(yàn)算具有很高的參考價(jià)值；但該法缺點(diǎn)也較明顯,如檢測裝置占地面積較大、樣品尺寸較大、樣品安裝復(fù)雜、安裝過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力、檢測過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長、能耗較大等。

1.2 熱工計(jì)算法

熱工計(jì)算法為簡易檢測方法,主要依據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》JGJ/T 151-2008進(jìn)行檢測[1]。本法以一維熱傳導(dǎo)理論為基礎(chǔ)建立玻璃系統(tǒng)熱系數(shù)的計(jì)算模型,并基于以下幾點(diǎn)假設(shè)：a)固體材料的熱屬性不隨溫度變化而變化；b)忽略室內(nèi)外環(huán)境的空氣滲漏；c)忽略空腔中氣體輻射的影響。當(dāng)傳熱處于穩(wěn)態(tài)時(shí),根據(jù)能量守恒定律,利用“溫差等分”原則假設(shè)玻璃系統(tǒng)各表面的溫度值并以此計(jì)算出玻璃系統(tǒng)內(nèi)各傳熱過程的熱流量,再用熱流量的平均值反算出玻璃系統(tǒng)內(nèi)各界面的溫度值。通過多次迭代計(jì)算,直到結(jié)果收斂,便可求得玻璃系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)表面的溫度值和熱流量,從而求出玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。

熱工計(jì)算法計(jì)算玻璃傳熱系數(shù)具有不受時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境的限制,且花費(fèi)很小等優(yōu)點(diǎn),相較于標(biāo)定熱箱法簡便易行,尤其近年來市場上依據(jù)該法開發(fā)的軟件也日趨成熟,使用熱工計(jì)算法將變得更加便捷。

2 檢測結(jié)果分析

本輪檢測對比分析項(xiàng)目共測試了10組樣品,包括3組普通透明玻璃、3組鍍膜玻璃和4組中空玻璃。

2.1 單層玻璃

樣品ZYBL15001為6mm普通透明玻璃,尺寸為800mm×1250mm。采用標(biāo)定熱箱法檢測,樣品傳熱系數(shù)按下式計(jì)算：

得K=5.32W/(m2·K)。

對樣品ZYBL15001,采用熱工計(jì)算法檢測,計(jì)算采用冬季標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算條件,即：室內(nèi)空氣溫度20℃,室外空氣溫度-20℃,室內(nèi)對流換熱系數(shù)3.6W/(m2·K),室外對流換熱系數(shù)16W/(m2·K),室內(nèi)平均輻射溫度與室內(nèi)空氣溫度一致,室外平均輻射溫度與室外空氣溫度相同,太陽輻射照度300W/m2。樣品傳熱系數(shù)按下式計(jì)算：

得Ug=5.18W/(m2·K)。

重復(fù)上述步驟,對其他單層玻璃進(jìn)行檢測計(jì)算后得到數(shù)據(jù)如表1。

表1

2.2 中空玻璃

樣品ZYBL15007為6mm+9A+6mm雙層中空玻璃,尺寸為800mm×1250mm。采用標(biāo)定熱箱法檢測,同單層玻璃檢測計(jì)算,得K=2.87W/(m2·K)。

對樣品ZYBL15007,采用熱工計(jì)算法檢測,檢測計(jì)算同樣采用冬季標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算條件。

得Ug=2.74W/(m2·K)。

重復(fù)上述步驟,對其他中空玻璃進(jìn)行檢測計(jì)算后得到數(shù)據(jù)如表2。

表2

從以上倆表我們不難看出,不管是普通透明玻璃,亦或是鍍膜玻璃、雙層中空玻璃,標(biāo)定熱箱法和熱工計(jì)算法兩者檢測結(jié)果大致接近,考慮到檢測過程中人為操作誤差及檢測設(shè)備的系統(tǒng)誤差,兩種檢測方法的檢測結(jié)果差異可以忽略不計(jì)。但熱工計(jì)算法普遍較標(biāo)定熱箱法檢測結(jié)果低,造成此現(xiàn)象的原因主要是由于熱工計(jì)算法是建立在3點(diǎn)理論假設(shè)基礎(chǔ)上的。

3 結(jié)語

玻璃作為門窗和玻璃幕墻的重要組成部分,在目前節(jié)能要求越來越高的情況下,其傳熱系數(shù)的檢測結(jié)果在建筑節(jié)能施工質(zhì)量控制中顯得越發(fā)重要[2]。在我國,玻璃傳熱系數(shù)一般通過標(biāo)定熱箱法檢測獲得,但由于環(huán)境、人為因素等擾量過多,故一般較難獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。熱工計(jì)算法檢測玻璃傳熱系數(shù)具有不受時(shí)間和環(huán)境的限制,且設(shè)備占用場地小,樣品取樣方便,整個(gè)檢測過程花費(fèi)小等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此采用熱工計(jì)算法來檢測分析玻璃傳熱系數(shù)來進(jìn)行建筑節(jié)能質(zhì)量控制顯得很有必要。目前,我司已為委托送檢客戶提供該類便捷檢測服務(wù),為客戶的建筑節(jié)能質(zhì)量控制節(jié)約了一定的成本,獲得了客戶的一致好評,也為公司帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]廣東省建筑科學(xué)研究院.建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008．

[2]雷克,吳杰,等.玻璃幕墻傳熱系數(shù)計(jì)算方法及工程應(yīng)用[C].重慶：重慶大學(xué),2013．

[3]王殿仁.中空玻璃傳熱系數(shù)的傳熱過程及檢測方法[J].山西建筑,2015,41(6)：185-186．