中空玻璃傳熱系數(shù)影響因素研究

郭彬

摘 要：中空玻璃一般是由兩到三片玻璃組成，中間用間隔框架隔開，周邊使用高強(qiáng)度、高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑密封，充入干燥空氣或惰性氣體，并且填入少量干燥劑保持填充氣干燥而制得。相對(duì)于單片玻璃，中空玻璃具有良好的保溫性能、隔聲性能等特點(diǎn)。目前，中空玻璃廣泛應(yīng)用于建筑工程的門窗、幕墻、采光頂棚等部位，既起到增加采光面積的作用，又具有良好的節(jié)能效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：中空玻璃；傳熱系數(shù)；影響因素

1填充氣體的厚度

玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是1.0W/（m·K），而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.027W/（m·K），因?yàn)榭諝饩哂辛己玫谋馗魺嵝Ч锌諝鈱拥闹锌詹Ａ鄬?duì)于單片玻璃也有空氣良好的保溫隔熱效果的特性。表1為一組中空玻璃的傳熱系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，中空玻璃兩面均采用6mm普通透明玻璃，填充氣體為空氣，空氣層的厚度分別是常用的6mm、9mm和12mm。

從表1分析可知，空氣層厚度從6mm增加到9mm，中空玻璃的傳熱系降低了6%。空氣層厚度從9mm增加到12mm，中空玻璃的傳熱系數(shù)降低了7%。可見，中空玻璃填充氣體的厚度越大，中空玻璃的傳熱系數(shù)越低，中空玻璃的保溫性能也越好。但是，空氣層也不能無限增大，隨著厚度增大，對(duì)流越強(qiáng)，熱阻減少，傳熱系數(shù)會(huì)增大。如（6+24A+6）mm厚普通透明中空玻璃，其傳熱系數(shù)為2.7W/（m？K），對(duì)比（6+12A+6）mm厚普通透明中空玻璃，其提升幅度已經(jīng)甚微。

2填充氣體的類型

中空玻璃內(nèi)部充填的氣體，一般采用空氣或其他惰性氣體。因?yàn)闅鍤猥@取比較容易，制造成本相比其他惰性氣體低廉，空氣更易于制取，因此空氣、氬氣是作為中空玻璃最常見的填充氣體并得以廣泛應(yīng)用。氬氣的熱導(dǎo)率優(yōu)于空氣的熱導(dǎo)率，理論上同條件下的中空玻璃，填充氬氣的傳熱系數(shù)優(yōu)于填充空氣的傳熱系數(shù)。表2為一組中空玻璃的傳熱系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，中空玻璃兩面均采用6mm普通透明玻璃，填充氣體為氬氣，氬氣層厚分別為常用的6mm、9mm和12mm。

從表1～表2比較分析可知，（6+6A+6）mm、（6+9A+6）mm和（6+12A+6）mm厚普通透明中空玻璃的填充更換為氬氣后，其傳熱系數(shù)分別降低了6%、7%和7%。因此，同條件下用使用氬氣作為填充氣體的中空玻璃，其保溫性能優(yōu)于使用空氣作為填充氣體的中空玻璃。

3玻璃的厚度

物體厚度的增加，必然會(huì)增加其的熱阻。同樣，玻璃厚度的增加，其熱阻也隨之增加，整片中空玻璃的傳熱系數(shù)就降低了。（6+12A+6）mm和（12+12A+12）mm厚普通透明中空玻璃的傳熱系數(shù)分別為2.8W/（m2·K）和2.7W/（m2·K）。從數(shù)據(jù)中可以看出，組成中空玻璃的兩面玻璃厚度從6mm提升到12mm，中空玻璃傳熱系數(shù)約降低了7%。常用組成中空玻璃的玻璃厚度有5mm、6mm、8mm、10mm等，12mm的規(guī)格較少用到。可見，雖然增加厚度可以提升中空玻璃保溫性能，降低中空玻璃傳熱系數(shù)，但改善效果有限。因此，玻璃的厚度不是影響中空玻璃傳熱系數(shù)的主要因素。

4組成中空玻璃的玻璃類別

目前建筑工程上使用的玻璃大部分是由兩片玻璃組成，一面采用普通透明玻璃，另一面根據(jù)節(jié)能需求選擇不同類別的玻璃，常見的有普通透明玻璃、Low-E鍍膜玻璃、陽光在線控制鍍膜玻璃（熱反射鍍膜玻璃）、著色玻璃（吸熱玻璃）等。表3、表4分別為一組中空玻璃的傳熱系數(shù)與輻射率的參考值，中空玻璃一面采用6mm普通透明玻璃，填充氣體為空氣，空氣層厚度為12mm，另外一面分別采用6mm不同類別玻璃。

（1）各色系的著色玻璃的輻射率和普通玻璃近乎相同，當(dāng)玻璃的厚度一樣時(shí)，著色玻璃中空玻璃和普通透明中空玻璃的傳熱系數(shù)基本一致。（2）對(duì)于不同類別的玻璃，其輻射率和傳熱系數(shù)大小有直接關(guān)系，玻璃的輻射率越小，對(duì)遠(yuǎn)紅外線的反射率越高，玻璃的傳熱系數(shù)也會(huì)越小。鍍膜玻璃的輻射率小于普通玻璃，因此采用鍍膜玻璃組成的中空玻璃其傳熱系數(shù)也優(yōu)于普通透明中空玻璃。（3）高透光陽光控制鍍膜中空玻璃對(duì)比同規(guī)格的普通透明中空玻璃，其傳熱系數(shù)雖有改善，但是改善幅度不是太大。（4）一般情況下，中透光鍍膜玻璃優(yōu)于高透光鍍膜玻璃，單銀Low-E鍍膜玻璃優(yōu)于普通Low-E鍍膜玻璃，雙銀Low-E鍍膜玻璃優(yōu)于單銀Low-E鍍膜玻璃。由此可見，采用不同玻璃類別的中空玻璃，其傳熱系數(shù)差異非常大。因此，選擇什么類別的玻璃組成中空玻璃，是決定其傳熱系數(shù)優(yōu)劣的重要因素。

5間隔條的類型

中空玻璃邊部密封一般采用鋁隔條，鋁隔條質(zhì)量較輕，且處理后表面光滑美觀，能在兩片玻璃中間形成有效的支撐。但是，鋁隔條容易導(dǎo)熱，會(huì)導(dǎo)致中空玻璃的邊部傳熱系數(shù)增大。當(dāng)在嚴(yán)寒天氣時(shí)，中空玻璃邊部容易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。近年來，隨著中空玻璃暖邊技術(shù)的發(fā)展，尤其是超級(jí)間隔條的應(yīng)用，有效地降低了中空玻璃邊部的傳熱系數(shù)。超級(jí)間隔條是一種不含金屬、具有微孔結(jié)構(gòu)的彈性硅酮材料，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁隔條，其導(dǎo)熱系數(shù)約為鋁隔條的1/950。因此，相較于鋁隔條，能有效降低中空玻璃邊部的傳熱系數(shù)。超級(jí)間隔條還具有彈性記憶功能，采用超級(jí)間隔條作為間隔條，可減少中空玻璃的應(yīng)力，降低中空玻璃運(yùn)輸、安裝過程中的炸裂風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)論

綜上所述，影響中空玻璃傳熱系數(shù)的主要因素為：組成中空玻璃的玻璃類別、填充氣體的厚度和填充氣體的類型。影響中空玻璃傳熱系數(shù)的次要因素為：玻璃的厚度。對(duì)于不同類別玻璃組成的中空玻璃，玻璃的輻射率不同是造成其傳熱系數(shù)不同的主要因素。此外，間隔條的類型會(huì)影響中空玻璃邊部的傳熱系數(shù)，在中空玻璃實(shí)際使用中，玻璃的放置角度、室外風(fēng)速等也會(huì)影響到中空玻璃的實(shí)際傳熱系數(shù)。

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