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0 引言
中空玻璃是指兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開(kāi)，周邊黏結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥空間的制品，因其具有良好的隔音、保溫、防結(jié)露等性能，目前被廣泛應(yīng)用于建筑門窗中。為了進(jìn)一步提高中空玻璃的熱學(xué)性能，必須降低傳熱系數(shù)。表面鍍有低輻射薄膜的Low-E 玻璃很具代表性。本文主要是從理論上討論玻璃表面鍍低輻射薄膜對(duì)雙層中空玻璃保溫和防結(jié)露性能的影響。
1 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)
1.1 計(jì)算方法
如圖1 所示，對(duì)于由兩片玻璃組成的雙層中空玻璃，總的傳熱熱阻為以下熱阻之和：玻璃表面1 與室外環(huán)境之間的對(duì)流和輻射換熱熱阻Ro1，玻璃表面2、3 之間的對(duì)流和輻射換熱熱阻R23，玻璃表面4 與室內(nèi)環(huán)境之間的對(duì)流和輻射換熱熱阻R4i ，兩片玻璃本身的導(dǎo)熱熱阻R12、R34。
在無(wú)太陽(yáng)輻射的情況下，分別以玻璃的4 個(gè)表面節(jié)點(diǎn)為對(duì)象列熱平衡方程為：
式中：tin、tout 分別為室內(nèi)、外環(huán)境的溫度；t1、t2、t3、t4分別為中空玻璃4 個(gè)表面的溫度；Ro1、R23、R4i、R12、R34 可分別由以下公式求得：
式中：hc，out、hr，out分別是玻璃表面1 與室外環(huán)境之間的對(duì)流和輻射換熱系數(shù)；hc ，in、hr ，in 分別是玻璃表面4 與室內(nèi)環(huán)境之間的對(duì)流和輻射換熱系數(shù)；hc ，gap、hr ，gap 分別是玻璃表面2、3 之間的對(duì)流和輻射換熱系數(shù)；d、k分別為單片玻璃的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)。hc，out、hc，in在本文計(jì)算中認(rèn)為是固定值，hr，out、hc，gap、hr，gap、hr，in的計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)。
因?yàn)镽o1、R23、R4i 均是玻璃表面溫度的函數(shù)，所以表面溫度的求解是個(gè)循環(huán)迭代的過(guò)程。首先假設(shè)t1、t2、t3、t4 為某一值，求出熱阻，代入方程(1)、(2)、(3)、(4)求出新的t1、t2、t3、t4，當(dāng)兩者之差滿足精度要求時(shí)停止迭代，否則以新得到的解作為初始值重復(fù)上述過(guò)程。
表面的溫度求出之后，中空玻璃的傳熱系數(shù)U 就可以根據(jù)下式確定：
1.2 計(jì)算數(shù)據(jù)
本文計(jì)算中所采用的單片玻璃厚度d為6mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)k為1 W/(m·K)，兩層玻璃之間的間距L 為13 mm，玻璃表面1 與室外環(huán)境之間的對(duì)流換熱系數(shù)hc,out 為16 W/(m2·K)，玻璃表面4 與室內(nèi)環(huán)境之間的對(duì)流換熱系數(shù)hc,in 為3.6 W/(m2·K)，室內(nèi)環(huán)境溫度tin 為20 ℃，相對(duì)濕度φ 為60%，未鍍膜玻璃表面的輻射率為0.84，低輻射薄膜的輻射率為0.04～0.15。
2 計(jì)算結(jié)果分析
由于目前在我國(guó)市場(chǎng)上的Low-E 玻璃主要為離線產(chǎn)品，為了防止膜層氧化，需要把鍍有低輻射薄膜的玻璃表面放置在中空玻璃空氣腔的兩側(cè)，所以本文僅討論圖1 中表面2 和3 鍍低輻射薄膜的情況。
2.1 保溫性能分析
使用中空玻璃之所以能夠降低建筑的能耗，其中一個(gè)重要原因是由于中空玻璃具有良好的隔熱保溫性能，傳熱系數(shù)是衡量其保溫性能的重要指標(biāo)，傳熱系數(shù)越低，其保溫性能也就越好。
圖2 為當(dāng)室外環(huán)境溫度tout = -20 ℃時(shí)，雙層中空玻璃傳熱系數(shù)U 與表面3 輻射率ε3 的關(guān)系。曲線a表示表面2 的輻射率ε2 = 0.84，即僅在表面3 鍍低輻射薄膜的情況，曲線b 表示表面2 和3 同時(shí)鍍低輻射薄膜的情況。根據(jù)計(jì)算，ε2 = ε3 = 0.84，即兩個(gè)表面都未鍍低輻射薄膜時(shí)，U = 2.641W/(m2·K)。從曲線a 可以看出，對(duì)于僅在表面3 鍍低輻射薄膜的情況，當(dāng)ε3 =0.15 時(shí)，U = 1.859 W/(m2·K)，相對(duì)于兩個(gè)表面均未鍍膜，U 降低了0.782W/(m2·K)。隨著ε3 的減小，U 值進(jìn)一步減小，當(dāng)ε3 = 0.04 時(shí)，U = 1.663 W/(m2·K)，相對(duì)于兩個(gè)表面均未鍍膜，U 降低了0.978 W/(m2·K)。因此，在中空玻璃空氣腔一側(cè)鍍低輻射薄膜可以大幅度提高中空玻璃的保溫性能。另外，曲線b 和a 相比較，當(dāng)ε3 = 0.15 時(shí)，兩者U 值之差為0.117 W/(m2·K)，隨著ε3 的減小，兩條曲線的垂直距離逐漸減小，當(dāng)ε3 =0.04 時(shí)，兩者U 值之差僅為0.038 W/(m2·K)，因此，在雙層中空玻璃空氣腔中一側(cè)表面鍍低輻射薄膜后再同時(shí)在另一側(cè)表面鍍膜，對(duì)降低傳熱系數(shù)的作用較小。
2.2 防結(jié)露性能分析
當(dāng)玻璃表面的溫度低于空氣的露點(diǎn)時(shí)，在其表面就會(huì)結(jié)露。結(jié)露不僅影響著窗戶的可視性，而且容易滋生細(xì)菌，污染空氣，露水的流淌也會(huì)對(duì)房間的裝飾造成破壞。由于中空玻璃的空氣腔內(nèi)存在著可吸附水分的干燥劑，在溫度很低時(shí)其內(nèi)部也不會(huì)結(jié)露，因此，冬季中空玻璃最容易結(jié)露的表面位于室內(nèi)側(cè)，即圖1中4 的位置，要減小結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生必須降低中空玻璃的傳熱系數(shù)以提高該表面的溫度。
圖3 為不同ε2 和ε3 下，雙層中空玻璃表面4 溫度t 4 隨室外環(huán)境溫度tout 的關(guān)系。曲線a 表示表面2和3 均未鍍低輻射薄膜的情況，b1、c1 分別表示僅在表面3 鍍輻射率為0.15、0.04 薄膜的情況，b2 表示在表面2 和3 同時(shí)鍍輻射率為0.15 薄膜的情況，c2 表示在表面2 和3 同時(shí)鍍輻射率為0.04 薄膜的情況。從圖中可以看出，在相同的tout 下，b1、c1 與a1 相比，對(duì)應(yīng)的t4 有較大程度的提高，但是b2 與b1 相比，t4提高的程度較小，c2 和c1 相比，t4 更是相差無(wú)幾。此外，已知標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，室內(nèi)環(huán)境溫度tin 為20 ℃，相對(duì)濕度φ 為60%對(duì)應(yīng)的空氣露點(diǎn)為12.0℃，從圖2 可以查得，當(dāng)t4 = 12.0 ℃時(shí)，a、b1、b2、c1、c2 對(duì)應(yīng)的tout 分別為-4.1、-15.8、-18.0、-19.6、-20.3℃，相同室內(nèi)條件發(fā)生結(jié)露時(shí)，a、b1、b2、c1、c2 對(duì)應(yīng)的tout依次降低，但是b2 與b1 相比，c2 與c1 相比，它們的降低程度遠(yuǎn)小于b1、c1 與a1 相比所降低的程度，這也從另一方面說(shuō)明在雙層中空玻璃空氣腔一側(cè)鍍低輻射薄膜可以有效減小結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，但是當(dāng)在雙層中空玻璃空氣腔其中一側(cè)表面鍍低輻射薄膜后再同時(shí)在另一側(cè)表面鍍膜，對(duì)提高其防結(jié)露性能作用較小。
3 結(jié)語(yǔ)
房間的熱量是通過(guò)導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射3 種形式由玻璃傳到室外環(huán)境中去的，在雙層中空玻璃空氣腔一側(cè)表面鍍低輻射薄膜可以減小輻射熱量的傳遞，從而能夠降低傳熱系數(shù)，使其保溫和防結(jié)露性能都得到提高。然而，當(dāng)在其空氣腔一側(cè)表面鍍輻射薄膜后，由于通過(guò)輻射形式傳遞的熱量已經(jīng)很小，如果再在另一側(cè)表面鍍膜，所起的作用也不會(huì)太大。因此，如果結(jié)合成本因素綜合考慮，雙層中空玻璃空氣腔兩側(cè)表面不宜同時(shí)鍍低輻射薄膜。
