窗戶不同構(gòu)造及傳熱系數(shù)問(wèn)題.doc

簡(jiǎn)介： 本文根據(jù)不同窗戶的構(gòu)造和材料，通過(guò)對(duì)窗戶玻璃系統(tǒng)和窗框系統(tǒng)傳熱系數(shù)的計(jì)算，對(duì)窗戶傳熱系數(shù)規(guī)范取值與計(jì)算所得值進(jìn)行比較并找出其不同的原因。關(guān)鍵字：窗戶材料 窗框 玻璃 傳熱系數(shù) 本文主要就住宅建筑常用的木窗、鋼窗、鋁合金窗及塑鋼窗的傳熱系數(shù)規(guī)范值和計(jì)算值不同的原因。民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范(GB5017693)中給定的窗戶的傳熱系數(shù)為: 表-1 窗戶材料窗戶類型空氣層厚度()窗框窗洞面積比(%)傳熱系數(shù)K(W/.K)傳熱阻RO(.K/W)鋼、鋁單層窗_20306.40.16單框雙玻璃1220303.90.261620303.70.27203020303.60.28雙層窗10014020303.00.33木、塑料單層窗_30404.70.21單框雙玻璃1230402.70.37163040 2.60.38203030402.50.40雙層窗10014030402.30.43窗戶的傳熱系數(shù)可用以下關(guān)系式表示：U=Ug+f(Uf-Ug) （1）Fg、 Ff分別為玻璃與窗框的面積Ug、Uf分別為玻璃與窗框的傳熱系數(shù)現(xiàn)以鋁合金單玻窗為例比較并說(shuō)明規(guī)范值和計(jì)算值不同的原因。規(guī)范中鋁合金窗的傳熱系數(shù)為6.4 W/.K, 單層玻璃(3) =0.76W/(M.K) 的熱阻由公式: R0=1/e+ D/+1/i （2）計(jì)算得出為0.162 .K/W, 傳熱系數(shù)為6.17 W/.K 。將規(guī)范中的鋁合金窗的傳熱系數(shù)6.4和玻璃的傳熱系數(shù)6.17以及窗框所占窗戶的面積（通常為0.3）代入公式（1）反推出鋁合金窗框的傳熱系數(shù)為6.94 W/.K。以上為規(guī)范中窗戶各部分的傳熱系數(shù)值（其中玻璃傳熱系數(shù)的規(guī)范值和計(jì)算值相同）。我們現(xiàn)在計(jì)算鋁合金窗框部分的傳熱系數(shù)，下圖為典型鋁合金窗型材截面。如果窗框外觀總寬度及貫通部分的寬度分別為W與Wtr ，設(shè)內(nèi)外表面溫差t，通過(guò)貫通寬度Wtr的熱流分配給外觀寬度W所得的平均熱流為：q=t/d . AL. Wtr/W=t(D/AL . Wtr/W)-1如果貫通部分所占比率tr= Wtr/W ，上式成為：q=t（d/AL tr）-1=t/RAL其中： RAL= d/AL tr即為鋁合金窗扇內(nèi)外表面之間的熱阻值；對(duì)于圖示型材，tr=0.038 , 可求得： RAL=0.029/(230x0.038)=0.00332 .K/W,取內(nèi)外表面換熱系數(shù)i=8.74 W/.K, e=23.04 W/.K, 得鋁合金窗框部分的總熱阻值為0.161.K/W, 傳熱系數(shù)為6.21 W/.K。其數(shù)值小于規(guī)范中的鋁合金窗框傳熱系數(shù)6.94 W/.K。代入公式（1）中，得鋁合金窗戶的計(jì)算值U為6.182 W/.K 小于規(guī)范中的鋁合金窗的傳熱系數(shù)6.4 W/.K。 比較窗戶各部位的傳熱系數(shù)值，得出計(jì)算值和規(guī)范值不同的主要原因窗框的傳熱系數(shù)值不同。而導(dǎo)致窗框傳熱系數(shù)值不同的主要原因是貫通部分所占比率tr取值偏大，從而使窗框的熱阻偏小，直接導(dǎo)致窗戶的傳熱系數(shù)值偏大。從型材斷面中容易看出，真正貫通內(nèi)外表面的金屬實(shí)體部分所占比例實(shí)際上是很小的，與鋁合金傳熱相比，所形成的空氣間隙及其他非金屬直接貫通部分的傳熱相對(duì)甚微，完全可以忽略。事實(shí)上，單層玻璃、鋁合金及其他金屬窗框本身的熱阻都非常小，這些構(gòu)件對(duì)熱量流動(dòng)的阻礙作用主要來(lái)源于內(nèi)外表面的表面換熱阻。因此，規(guī)范中的鋼、鋁等型材的傳熱系數(shù)取值偏大，導(dǎo)致窗戶的傳熱系數(shù)偏大?，F(xiàn)以鋁合金雙玻窗（3+12+3）為例比較并說(shuō)明規(guī)范和計(jì)算兩種方法得出不同的傳熱系數(shù)的原因。假定鋁合金窗框的傳熱系數(shù)為6.21 W/.K，窗框占窗戶面積為0.3，根據(jù)規(guī)范中鋁合金單框雙玻璃窗戶的傳熱系數(shù)3.9 W/.K，通過(guò)公式（1）反推出玻璃部分的傳熱系數(shù)為2.91 W/.K現(xiàn)計(jì)算玻璃部分的傳熱系數(shù)已知玻璃的熱阻 Rg=D/=0.003/0.76=0.0039 .K/W空氣間隙熱阻按美國(guó)ASHRAE夏季標(biāo)準(zhǔn)條件（室外溫度320C，室內(nèi)溫度240C）為環(huán)境溫度計(jì)算依據(jù)，空氣層熱阻的計(jì)算式為：Rgap=(hgr+hgc+hg)-1=6.12/(1/1+1/2)+2.13-1其中hgr、hgc、hg分別為玻璃間層中輻射、對(duì)流和導(dǎo)熱的傳熱系數(shù)對(duì)于普通雙層玻璃，發(fā)射率1=2=0.84，間層熱阻Rgap=0.152.K/W玻璃部分的總熱阻為 R0=1/e+ D1/+Rgap+D2/+1/i對(duì)于（3+12+3）雙玻系統(tǒng)，考慮玻璃導(dǎo)熱及內(nèi)外表面換熱阻后，上式變?yōu)椋?R0= Rgap+0.166 得出玻璃部分的總熱阻為0.318.K/W,則玻璃部分的傳熱系數(shù)為3.14 W/.K。將Uf =6.21 W/.K 和Ug =3.4 W/.K 以及f =0.3 代入公式（1）得：鋁合金雙玻窗傳熱系數(shù)的計(jì)算值為 4.06 W/.K 大于規(guī)范中鋁合金雙玻窗的傳熱系數(shù)值 3.9W/.K 比較窗戶各部位的傳熱系數(shù)值，得出計(jì)算值和規(guī)范值不同的主要原因是窗戶玻璃的傳熱系數(shù)值不同。導(dǎo)致窗戶玻璃傳熱系數(shù)值不同的主要原因是空氣間隙熱阻不同。其原因在于計(jì)算玻璃部分的傳熱系數(shù)時(shí)，空氣間隙熱阻是按美國(guó)ASHRAE夏季標(biāo)準(zhǔn)條件（室外溫度320C，室內(nèi)溫度240C）為環(huán)境溫度為計(jì)算依據(jù)，其中長(zhǎng)波輻射換熱系數(shù)取值hgr較大，因此空氣間隙熱阻偏小，導(dǎo)致玻璃部分的傳熱系數(shù)偏大，規(guī)范中的空氣間隙熱阻為全年綜合考慮，取值相對(duì)較小，因此玻璃部分的傳熱系數(shù)較計(jì)算值小。比較單玻木窗的傳熱系數(shù)，現(xiàn)取木窗框=0.17 W/(M.K)，對(duì)于厚度為45的松木窗框的熱阻為0.256.K/W，其內(nèi)外表面的熱阻為0.157.K/W,窗框部分總熱阻為0.422.K/W,傳熱系數(shù)為2.37W/.K。代入公式（1）中，當(dāng)f =0.3時(shí)，木窗的傳熱系數(shù)為5.03 W/.K, 當(dāng)f =0.4時(shí)，木窗的傳熱系數(shù)為4.65 W/.K?，F(xiàn)取=0.11 W/(M.K)，松木窗框的傳熱系數(shù)為1.767W/.K。同樣，代入公式（1）中，當(dāng)f =0.3時(shí)，木窗的傳熱系數(shù)為4.85 W/.K, 當(dāng)f =0.4時(shí)，木窗的傳熱系數(shù)為4.41 W/.K。從上面的計(jì)算中得知，不同材質(zhì)的木窗窗戶的傳熱系數(shù)值不同，而窗框占窗戶面積比例的不同，同樣導(dǎo)致傳熱系數(shù)值的不同。因此，木窗傳熱系數(shù)的規(guī)范值和計(jì)算值不同的主要原因是：對(duì)窗框的材質(zhì)和所占窗戶面積比例，規(guī)范中為綜合考慮，而計(jì)算就具體情況而不同。其他材質(zhì)、構(gòu)造窗戶的傳熱系數(shù)在計(jì)算值和規(guī)范值上也存在上述差異，此處不再一一說(shuō)明，用計(jì)算的方法在玻璃系統(tǒng)與窗框傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出各類窗戶的傳熱系數(shù)：窗框類型玻璃類型鋁合金塑鋼窗斷鋁熱橋f =0.25備注單玻6.184.895.56f =0.33mm玻璃雙玻4.062.773.41f =0.33+12+3Low-E雙玻3.071.782.23f =0.33+12+3 參考文獻(xiàn)：（1）民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)手冊(cè) 揚(yáng)善勤（2）節(jié)能窗技術(shù) 涂逢祥（3）傳熱學(xué)（第四版）章熙民 任澤霈（4）建筑設(shè)計(jì)手冊(cè)（5）建筑熱過(guò)程彥啟森 趙慶珠（6）民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）JGJ26-95