中空玻璃傳熱系數的傳熱過程及檢測方法

王 殿 仁

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

中空玻璃傳熱系數的傳熱過程及檢測方法

王 殿 仁

(山西省建筑科學研究院，山西 太原 030001)

論述了中空玻璃的傳熱過程，對標定熱箱法、防護熱板法、熱流計法三種中空玻璃傳熱系數的檢測方法進行詳細分析，闡明了各方法的適用范圍、檢測原理、檢測設備及對樣品的要求，為深入了解中空玻璃的傳熱過程奠定了基礎。

中空玻璃，傳熱，檢測方法，溫度

0 引言

對節能越來越重視的今天，中空玻璃作為外窗最主要的組成部分，其傳熱系數對門窗保溫的影響是最重要的，近些年已經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，能夠發揮中空玻璃最佳的節能性能。

1 中空玻璃的傳熱過程

中空玻璃的傳熱過程包含了輻射傳遞、對流傳遞、傳導傳遞這三種基本的傳熱機理及復雜的交互作用過程。

輻射傳遞是能量通過射線以輻射的形式進行的傳遞，這種射線包括可見光、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射率有關，玻璃的輻射發射率較大，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。

對流傳遞是由于在玻璃的兩側具有溫度差，造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升，產生空氣的對流，造成能量的流失。

傳導傳遞是由于溫度不同的相鄰的質點發生碰撞和電子遷移，帶動能量進行運動，而達到熱傳遞的目的。中空玻璃對能量的傳導傳遞是通過玻璃和其內部的空氣來完成的。

2 檢測方法

測定中空玻璃傳熱系數的方法主要是穩定熱流法，不適用于透過遠紅外材料構成的中空玻璃，因為這種方法是基于經過試樣的熱流，在數值上和方向上都不隨時間而變，即溫度場是穩定的。這樣就可以根據穩定熱流強度、溫度梯度和導熱系數之間的關系來確定導熱系數。穩定熱流法主要有防護熱板法、熱流計法、標定熱箱法。

這三種方法在測定中空玻璃傳熱系數時，所得出U值會存在一定的差異，這是由于測試系統的誤差所造成的。

2.1 標定熱箱法

1)適用范圍。

熱箱法適用于實驗室內檢驗非均質垂直試件以及水平試件的傳熱系數或熱阻，試件的檢測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射率，不適用于測定特殊構件以及試驗過程中有穿過試件的傳質現象的測量。

2)檢測原理。

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

3)檢測設備和樣品要求。

檢測裝置與檢測門窗保溫性設備相同，主要由熱箱、冷箱、試件框、探溫系統和環境空間五部分組成，本實驗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，對于超過此面積的試件框，需要用已知熱導率的模塑聚苯板進行填充，這就增加了本實驗中數據的不確定性。

2.2 防護熱板法

1)適用范圍。

防護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成的平型雙層或多層中空玻璃，不適用于外片是透過遠紅外材料構成的中空玻璃。

2)檢測原理。

通過測定流過試樣的恒定熱流量，并計算試件的面積以及試件冷、熱表面的溫度差，計算傳熱系數。

3)檢測設備和樣品要求。

測量裝置主要由主體部分、冷熱源測控系統、測量儀、防護單元、計量單元等組成，為符合GB/T 10294的防護熱板雙試樣裝置。

試樣取2塊盡可能相同的邊長800 mm的正方形平型中空玻璃，試件的平均溫度應該控制在283 K±0.5 K，冷熱表面的溫度差應該控制在15 K±1 K，在本實驗中鍍膜面的朝向對試驗沒有影響。

2.3 熱流計法

1)適用范圍。

與防護熱板法適用范圍基本相同。

2)檢測原理。

熱流計法測定導熱系數時，被測試樣在穩定狀態下，熱流計和試樣中心測量部分，具有一維恒定熱流，此時測量冷熱板熱流計輸出的熱流密度和表面溫度值，就可以計算出任意平均溫度下的傳熱系數。熱流計測量裝置需要通過已知熱阻的標準試樣標定熱流量，這是一種間接或相對的方法。

3)檢測設備和樣品要求。

熱流計測量裝置由主體、冷熱源和測控系統組成，為符合GB/T 10295的對稱布置的單一試樣裝置或雙試樣裝置。

單一試樣測量裝置由一個加熱單元和一個冷卻單元構成，分別位于試樣的兩側，冷卻單元的表面與加熱單元的表面尺寸相同。熱流計分別位于被測試樣或校正試樣冷熱表面的中央。

雙試樣測量裝置由一個加熱單元和兩個冷卻單元構成，加熱單元置于被測試樣和對照試樣之間，標定時，校正試樣應放在被測試樣位置，將熱流計放在被測試樣或校正試樣和對照試樣的每一側。

試樣取邊長800 mm的正方形平型中空玻璃。

3 結語

中空玻璃作為窗戶和幕墻最重要的組成部分，在目前節能設計越來越高的情況下，通過對材料傳熱過程的分析，我們可以將新材料、新結構、新技術作為研究開發的方向。另外由于傳熱的過程是個復雜的過程，試驗裝置大都要求標定和校準后才能進行檢測，所以在使用不同的方法檢測所得出的結果可能還會存在一定的差異。

不管是理論計算和標準檢測都是建立在一維傳熱的基礎上，所以我們可以通過模擬計算得出結果與檢測結果進行比較和研究，從而更加了解中空玻璃的傳熱過程。

[1] GB/T 22476—2008，中空玻璃穩態U值(傳熱系數)的計算及測定[S].

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

[3] JGJ/T 151—2008，建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程[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