中空玻璃傳熱系數(shù)的傳熱過(guò)程及檢測(cè)方法

王 殿 仁

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

中空玻璃傳熱系數(shù)的傳熱過(guò)程及檢測(cè)方法

王 殿 仁

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

論述了中空玻璃的傳熱過(guò)程，對(duì)標(biāo)定熱箱法、防護(hù)熱板法、熱流計(jì)法三種中空玻璃傳熱系數(shù)的檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)分析，闡明了各方法的適用范圍、檢測(cè)原理、檢測(cè)設(shè)備及對(duì)樣品的要求，為深入了解中空玻璃的傳熱過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。

中空玻璃，傳熱，檢測(cè)方法，溫度

0 引言

對(duì)節(jié)能越來(lái)越重視的今天，中空玻璃作為外窗最主要的組成部分，其傳熱系數(shù)對(duì)門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)揮中空玻璃最佳的節(jié)能性能。

1 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。

2 檢測(cè)方法

測(cè)定中空玻璃傳熱系數(shù)的方法主要是穩(wěn)定熱流法，不適用于透過(guò)遠(yuǎn)紅外材料構(gòu)成的中空玻璃，因?yàn)檫@種方法是基于經(jīng)過(guò)試樣的熱流，在數(shù)值上和方向上都不隨時(shí)間而變，即溫度場(chǎng)是穩(wěn)定的。這樣就可以根據(jù)穩(wěn)定熱流強(qiáng)度、溫度梯度和導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系來(lái)確定導(dǎo)熱系數(shù)。穩(wěn)定熱流法主要有防護(hù)熱板法、熱流計(jì)法、標(biāo)定熱箱法。

這三種方法在測(cè)定中空玻璃傳熱系數(shù)時(shí)，所得出U值會(huì)存在一定的差異，這是由于測(cè)試系統(tǒng)的誤差所造成的。

2.1 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800 mm×1 250 mm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。

2.2 防護(hù)熱板法

1)適用范圍。

防護(hù)熱板法適用于由平板玻璃(包括壓花、澆筑玻璃)、鍍膜玻璃或其他材料構(gòu)成的平型雙層或多層中空玻璃，不適用于外片是透過(guò)遠(yuǎn)紅外材料構(gòu)成的中空玻璃。

2)檢測(cè)原理。

通過(guò)測(cè)定流過(guò)試樣的恒定熱流量，并計(jì)算試件的面積以及試件冷、熱表面的溫度差，計(jì)算傳熱系數(shù)。

3)檢測(cè)設(shè)備和樣品要求。

測(cè)量裝置主要由主體部分、冷熱源測(cè)控系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x、防護(hù)單元、計(jì)量單元等組成，為符合GB/T 10294的防護(hù)熱板雙試樣裝置。

試樣取2塊盡可能相同的邊長(zhǎng)800 mm的正方形平型中空玻璃，試件的平均溫度應(yīng)該控制在283 K±0.5 K，冷熱表面的溫度差應(yīng)該控制在15 K±1 K，在本實(shí)驗(yàn)中鍍膜面的朝向?qū)υ囼?yàn)沒(méi)有影響。

2.3 熱流計(jì)法

1)適用范圍。

與防護(hù)熱板法適用范圍基本相同。

2)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。

3)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/T 10295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)。

試樣取邊長(zhǎng)800 mm的正方形平型中空玻璃。

3 結(jié)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。另外由于傳熱的過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，試驗(yàn)裝置大都要求標(biāo)定和校準(zhǔn)后才能進(jìn)行檢測(cè)，所以在使用不同的方法檢測(cè)所得出的結(jié)果可能還會(huì)存在一定的差異。

不管是理論計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)都是建立在一維傳熱的基礎(chǔ)上，所以我們可以通過(guò)模擬計(jì)算得出結(jié)果與檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較和研究，從而更加了解中空玻璃的傳熱過(guò)程。

[1] GB/T 22476—2008，中空玻璃穩(wěn)態(tài)U值(傳熱系數(shù))的計(jì)算及測(cè)定[S].

[2] GB/T 8484—2008，建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法[S].

[3] JGJ/T 151—2008，建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程[S].

The heat transfer process and detection method of hollow glass heat transfer coefficient

Wang Dianren

(ShanxiBuildingScienceResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

This paper described the heat transfer process of hollow glass, analyzed in detail the detection method of three kinds of hollow glass heat transfer coefficient of calibration hot box method, guarded hot plate method, heat flux meter method, illustrated the applicable scope, detection principle, detection equipment and the sample requirements, laid foundation for further understanding the heat transfer process of hollow glass.

hollow glass, heat transfer, detection method, temperature

2014-12-10

王殿仁(1974- )，男

1009-6825(2015)06-0185-02

TU201.5

A