對不同玻璃減少熱量損失的比較

劉國棟

摘 要：不同的玻璃在減少熱量損失上表現不同。通過對不同玻璃減少熱量損失上的比較，可以幫助我們在使用玻璃的過程中進行更好的選擇。在文中就不同玻璃減少熱量損失程度進行比較，為玻璃的選擇提供借鑒。

關鍵詞：不同玻璃；熱量損失；比較

假設玻璃熱傳導遵從下面物理定律：

厚度為的均勻介質，兩側溫度差為，則單位時間由溫度高的一側向溫度低的一側通過單位面積的熱量與成正比，與成反比，即：

，為熱傳導系數。

1 度對單層玻璃窗在減少熱量損失方面的功效比較

單層玻璃熱傳導公式：

，=1，2，3；

從上式可以直觀看出，熱量損失與玻璃的厚度成反比，隨玻璃厚度的增加，熱量損失減少，當玻璃厚度從增加到2，熱量損失減少一半；增加到3時，熱量損失減少了2/3；此后，隨著玻璃厚度的增加，熱量損失的減少量并不是很明顯，而且玻璃越厚，制造成本越高。從實際考慮，只討論玻璃厚度為，2，3的情況。

2 雙層玻璃窗與單層玻璃窗在減少熱量損失方面的功效比較

厚度為2的單層玻璃示意圖。

記雙層玻璃內層玻璃的外側溫度是，外層玻璃的內側溫度是。

玻璃的熱傳導系數為，空氣的熱傳導系數為，由以上熱傳導公式可得雙層玻璃單位時間單位面積的熱量流失為：

（1）

消去，，得：

，，。

而對于厚度為2的單層玻璃窗，熱量流失為：

，二者之比為：

為得到具體結果，查閱有關資料，常用玻璃的熱傳導系數，不流通、干燥空氣的熱傳導系數，于是=16 ～32。

在分析雙層玻璃窗比單層玻璃窗可減少多少熱量損失時，作最保守的估取：

，那么，。

比值反映了雙層玻璃在減少熱量損失上的功效，它只與有關。

當增加時，迅速下降，當超過一定值（）后下降變緩，不必選擇過大。當=4時，=3%可見，雙層玻璃比單層玻璃減少熱量損失約97%。

3 三層玻璃窗與雙層玻璃窗在減少熱量損失方面的功效比較

記三層玻璃內層玻璃的外側溫度是，中間層玻璃的內側溫度是，外側溫度是，外層玻璃的內側溫度是。

當增加時，迅速下降，當超過一定值（>3）后下降變緩，不必選擇過大。當=4時=50.4%，可見，三層玻璃比雙層玻璃減少熱量損失約50%。而雙層玻璃保溫效果已經很好，制作三層玻璃的工藝更加復雜，制作成本也會增加，從經濟方面考慮，三層玻璃不如雙層玻璃實用。

單層玻璃Q與d成反比，隨著d的增大，Q減小的越來越少。雙層玻璃相對單層玻璃（厚度2d）節約熱量97%，而三層玻璃相對雙層玻璃則節約熱量50%。

對于雙層玻璃，其比同樣多的材料制成的單層玻璃節約熱量97%，但是，之所以有如此高的功效主要是由于層間空氣極低的熱傳導系數，而這要求空氣是干燥的、不流通的，而在假設中要求玻璃的密封性很好，且熱量只通過玻璃傳播，這些條件在實際情況下不可能完全滿足，所以實際上雙層玻璃的功效比上述結果差些。

單層玻璃只靠增加厚度在減少熱量損失方面的功效并不是很顯著，而不斷增加厚度不僅會使玻璃外觀笨重，而且也會使成本增加；而雙層玻璃與單層玻璃相比，雖然制作雙層玻璃工藝復雜也會增加費用，但是它減少的熱量損失卻是相當可觀的；而三層玻璃與雙層玻璃相比，雙層玻璃的功效已經很好，而三層玻璃雖然比雙層玻璃還要優越一些，但是其功效相對于成本而言并不是很好。因此，目前市面上的玻璃大多為雙層玻璃，而三層玻璃僅用于噪聲污染特別嚴重的地方。

參考文獻：

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