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雙中空玻璃間距優(yōu)化設(shè)計(jì)

文章出處：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2015-06-25 16:52【大中小】

東北地區(qū)處於我國(guó)的高緯度地區(qū)，冬天氣溫極低，室內(nèi)外溫差很大，為了滿(mǎn)足居民冬天的生活要求，需要對(duì)建築物進(jìn)行良好的保溫設(shè)計(jì)。其中，窗戶(hù)的保溫性能是建築物保溫性能中很重要的環(huán)節(jié)。而窗戶(hù)的組成中玻璃的設(shè)計(jì)尤為重要，是窗戶(hù)保溫性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　
　　建築門(mén)窗是建築外圍護(hù)結(jié)構(gòu )保溫性能最薄弱的部位，它的長(zhǎng)期使用能耗約佔整個(gè)建築物長(zhǎng)期使用能耗的50%，因此，提高門(mén)窗保溫性能是降低建築物長(zhǎng)期使用能耗的重要途徑。窗戶(hù)的保溫性能不但明顯地影響建築物的採暖能耗，而且對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境、舒適感以及室內(nèi)的衛(wèi)生狀況也有明顯的影響。如果窗戶(hù)的保溫質(zhì)量不佳，通過(guò)窗戶(hù)的傳熱熱損失和通過(guò)窗戶(hù)縫隙的空氣滲透熱損失就會(huì)顯著增加，進(jìn)而引起採暖能耗顯著增加。目前廣(guǎng)泛使用的中空玻璃是一種隔熱、隔音、美觀(guān)適用、並可降低建築物自重的新型建築材料。本項(xiàng)目旨在對(duì)雙中空玻璃間距的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，力求得出能夠使保溫性能達(dá)到較高水平的優(yōu)化間距方案，並進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為今後東北地區(qū)建築物窗戶(hù)保溫設(shè)計(jì)提供一定的科學(xué)參考。
　　
　　1實(shí)驗(yàn)方案
　　
　　玻璃窗戶(hù)的保溫性能由傳熱係數(shù)K值直接反應(yīng)，傳熱係數(shù)越低，說(shuō)明散熱越少，窗戶(hù)的保溫性能越好。因此本實(shí)驗(yàn)主要探究在現(xiàn)有技術(shù)條件下使傳熱係數(shù)最小的玻璃間距組合。通過(guò)擬定漸變擬定的間距組合，進(jìn)行傳熱係數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，繪製間距組合與傳熱係數(shù)的變化圖像，根據(jù)圖像研究間距組合與才傳熱係數(shù)之間的關(guān)係，提出滿(mǎn)足較優(yōu)保溫性能的最優(yōu)間距組合，完成研究。在探究組合的研究過(guò)後，研究δ1，δ2的朝向問(wèn)題，即玻璃安裝的過(guò)程中的安置方向問(wèn)題，研究不同朝向對(duì)窗戶(hù)保溫性能的影響。在確定最後間距組合後，進(jìn)一步探索最優(yōu)朝向，使窗戶(hù)的保溫性能進(jìn)一步提升，對(duì)建築建設(shè)過(guò)程中窗戶(hù)的安裝問(wèn)題提供依據(jù)。根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，雙玻間距在10mm以下時(shí)，間距和熱阻幾乎成直線(xiàn )關(guān)係;當(dāng)雙玻間距在10mm～30mm時(shí)，間距和熱阻的關(guān)係成曲線(xiàn );當(dāng)間距超過(guò)30mm時(shí)，由於對(duì)流與輻射熱交換(huàn)的綜合作用，使空氣層的熱阻增加十分緩慢。
　　
　　設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)熱阻的需要和框材的經(jīng)濟(jì)尺度，適當(dāng)確定玻璃的間距，一般不宜小於9mm。目前市面上廣(guǎng)泛使用的兩(liǎng)玻玻璃窗戶(hù)，有塑料窗，木窗，鋁合金窗，鋁塑複合窗，傳熱係數(shù)均在2.4～2.5W·m-2·K-1，質(zhì)量稍差的高達(dá)2.8W·m-2·K-1，再加上冬季供暖等方麵條件的誤差，普通居民生活環(huán)境肯定沒有實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)良條件，這一係數(shù)在實(shí)際中肯定還會(huì)更高。我們也對(duì)校園內(nèi)學(xué)生寢室進(jìn)行了走訪(fǎng)，測(cè)定了室內(nèi)溫度，有的地方室內(nèi)溫度只有15℃，不難得出大多數(shù)熱量由窗戶(hù)散失，造成供暖更大的壓力和資源更多的浪費(fèi)。窗戶(hù)玻璃由單玻變成雙玻或三玻，玻璃保溫性能會(huì)明顯提高。這並不是玻璃熱阻起作用，而是玻璃間的空氣層是熱阻增加的主要原因，因為靜止的空氣其傳熱係數(shù)比任何材料都要低。
　　
　　因此，順應(yīng)玻璃窗戶(hù)技術(shù)發(fā)展水平的提高，為更好的提高門(mén)窗的保溫性能，可製作三玻玻璃窗戶(hù)。根據(jù)密閉空氣層的熱阻與空氣層厚度的關(guān)係，研究滿(mǎn)足較優(yōu)的保溫性能的淨間距厚度，並且研究玻璃不同間距的朝向問(wèn)題，完成此項(xiàng)目的研究。
　　
　　2實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果
　　
　　根據(jù)空氣流動(dòng)、玻璃厚度等因素對(duì)玻璃窗戶(hù)傳熱係數(shù)的影響，等分的間距能夠達(dá)到最好的保溫效果。若兩(liǎng)個(gè)間距一個(gè)過(guò)大一個(gè)過(guò)小，根據(jù)雙玻玻璃K值變化趨勢(shì)可知，過(guò)大的間距承擔(dān)了大部分的保溫任務(wù)，但玻璃間距過(guò)大時(shí)傳熱係數(shù)並不會(huì)大幅減小，減幅會(huì)越來(lái)越小，因此過(guò)大的間距只能是一種浪費(fèi)，而過(guò)小的間距對(duì)保溫效果敏感性太大，稍微一點(diǎn)間距增加就會(huì)引起傳熱係數(shù)大幅度的降低，因此不宜採用過(guò)小的間距，過(guò)大或過(guò)小的間距最終都會(huì)導(dǎo )致保溫性能的惡化，因此假設(shè)等分的間距使窗戶(hù)傳熱係數(shù)達(dá)到最低。
　　
　　調(diào)研得知，目前市場(chǎng)上廣(guǎng)泛通用的為3mm+3mm，6mm+6mm，9mm+9mm以及12mm+12mm規(guī)格的三玻玻璃窗戶(hù)。較小間距的玻璃窗戶(hù)主要用於衛(wèi)生間等輔助房間較小的洞口，而較大間距的玻璃窗戶(hù)主要用於客廳，臥室等對(duì)保暖要求很高的主要房間的較大洞口。
　　
　　同時(shí)，筆者對(duì)黑龍江省旱地科學(xué)研究院進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)際參與了傳熱係數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，獲取了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通用的這幾種規(guī)格的三玻玻璃窗戶(hù)，以12mm+12mm導(dǎo )熱係數(shù)最低，主要材質(zhì)為塑料窗的導(dǎo )熱係數(shù)為1.7～1.8W·m-2·K-1，三玻木窗:1.7～1.8W·m-2·K-1，鋁塑複合三玻:2.0～2.1W·m-2·K-1。
　　
　　市場(chǎng)上通用的是等間距組合的三玻玻璃窗戶(hù)，那麼不等間距的呢?因為玻璃間距在10mm以前時(shí)傳熱係數(shù)呈直線(xiàn )遞減，因此排除3mm可能的組合，它並不能發(fā)揮靜止空氣導(dǎo )熱係數(shù)很低的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)考慮過(guò)薄的三玻玻璃窗戶(hù)也會(huì)使導(dǎo )熱係數(shù)接近兩(liǎng)玻，根據(jù)12mm+12mm擬定了幾組組合:6mm+18mm，9mm+15mm，並對(duì)這兩(liǎng)組間距組合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)與假設(shè)基本吻合。6mm+18mm間距組合傳熱係數(shù)為2.2W·m-2·K-1，9mm+15mm組合傳熱係數(shù)為2.0W·m-2·K-1。將之與12mm+12mm規(guī)格的三玻玻璃窗戶(hù)進(jìn)行傳熱係數(shù)比較，不難看出12mm+12mm組合的三玻玻璃窗戶(hù)傳熱係數(shù)在這些組合裡最低，因此可以得出目前最優(yōu)的間距組合為該等分間距組合。設(shè)想寬的間距組合，比如15mm+15mm，但是根據(jù)目前熱阻的需要、技術(shù)水平和框材的經(jīng)濟(jì)尺寸，總計(jì)間距組合為24mm，15mm+15mm這樣的間距組合甚至更高的間距組合不符合經(jīng)濟(jì)原理，因為在目前的技術(shù)水平下這會(huì)導(dǎo )致窗戶(hù)框架製作成本突然陡增，因此排除這樣的可能。
　　
　　3結(jié)束語
　　
　　根據(jù)調(diào)研，實(shí)驗(yàn)，分析，數(shù)據(jù)整理，得出間距組合為12mm+12mm的三玻玻璃窗戶(hù)為目前最經(jīng)濟(jì)最保溫的間距組合。這樣的窗戶(hù)應(yīng)該廣(guǎng)泛使用與各種建築的大型洞口，以替換(huàn)傳熱係數(shù)遠(yuǎn)低於它的兩(liǎng)玻玻璃窗戶(hù)或者其他間距組合的三玻玻璃窗戶(hù)。對(duì)保溫性能要求沒有客廳，臥室等主要房間高的衛(wèi)生間，儲(chǔ)物間，廚房，樓道等輔助房間，可以採用9mm+9mm或者更低的間距組合。它們雖然沒有12mm+12mm間距保溫，但這些房間對(duì)保溫的要求本來(lái)就沒有主要房間高，這樣的間距可以滿(mǎn)足這些輔助房間的保溫要求，而且高於兩(liǎng)玻玻璃窗戶(hù)的保溫性能，更加經(jīng)濟(jì)。
　　