中空玻璃传热系数的传热过程及检测方法

王 殿 仁

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

中空玻璃传热系数的传热过程及检测方法

王 殿 仁

(山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001)

论述了中空玻璃的传热过程，对标定热箱法、防护热板法、热流计法三种中空玻璃传热系数的检测方法进行详细分析，阐明了各方法的适用范围、检测原理、检测设备及对样品的要求，为深入了解中空玻璃的传热过程奠定了基础。

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0 引言

对节能越来越重视的今天，中空玻璃作为外窗最主要的组成部分，其传热系数对门窗保温的影响是最重要的，近些年已经在建筑上得到了极其广泛的使用，特别是幕墙工程中外墙占比非常高，深入分析和掌握中空玻璃传热系数，能够发挥中空玻璃最佳的节能性能。

1 中空玻璃的传热过程

中空玻璃的传热过程包含了辐射传递、对流传递、传导传递这三种基本的传热机理及复杂的交互作用过程。

辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行的传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射，高温物体向低温玻璃辐射的热量与物体的辐射发射率有关，玻璃的辐射发射率较大，如果在玻璃上镀上一层低辐射膜，便可使其辐射的热量减少，起到保温作用。

对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，造成能量的流失。

传导传递是由于温度不同的相邻的质点发生碰撞和电子迁移，带动能量进行运动，而达到热传递的目的。中空玻璃对能量的传导传递是通过玻璃和其内部的空气来完成的。

2 检测方法

测定中空玻璃传热系数的方法主要是稳定热流法，不适用于透过远红外材料构成的中空玻璃，因为这种方法是基于经过试样的热流，在数值上和方向上都不随时间而变，即温度场是稳定的。这样就可以根据稳定热流强度、温度梯度和导热系数之间的关系来确定导热系数。稳定热流法主要有防护热板法、热流计法、标定热箱法。

这三种方法在测定中空玻璃传热系数时，所得出U值会存在一定的差异，这是由于测试系统的误差所造成的。

2.1 标定热箱法

1)适用范围。

热箱法适用于实验室内检验非均质垂直试件以及水平试件的传热系数或热阻，试件的检测取决于空气温度和气流速度，还有试件表面温度和总半球发射率，不适用于测定特殊构件以及试验过程中有穿过试件的传质现象的测量。

2)检测原理。

采用标定热箱法检测，是在一维稳定传热的基础上形成的，试件两侧模拟均匀温度的流动空气的边界条件，在各自保持相对稳定和平衡的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量加热器的发热量，减去通过热箱外壁和试件框的热损失，除以试件面积与两侧空气温差的乘积，即可计算出中空玻璃的传热系数U值。

3)检测设备和样品要求。

检测装置与检测门窗保温性设备相同，主要由热箱、冷箱、试件框、探温系统和环境空间五部分组成，本实验方法的特殊之处在于要在安装阶段多出不锈钢支架用以固定样品。

试件宜为800 mm×1 250 mm的玻璃板块，对于超过此面积的试件框，需要用已知热导率的模塑聚苯板进行填充，这就增加了本实验中数据的不确定性。

2.2 防护热板法

1)适用范围。

防护热板法适用于由平板玻璃(包括压花、浇筑玻璃)、镀膜玻璃或其他材料构成的平型双层或多层中空玻璃，不适用于外片是透过远红外材料构成的中空玻璃。

2)检测原理。

通过测定流过试样的恒定热流量，并计算试件的面积以及试件冷、热表面的温度差，计算传热系数。

3)检测设备和样品要求。

测量装置主要由主体部分、冷热源测控系统、测量仪、防护单元、计量单元等组成，为符合GB/T 10294的防护热板双试样装置。

试样取2块尽可能相同的边长800 mm的正方形平型中空玻璃，试件的平均温度应该控制在283 K±0.5 K，冷热表面的温度差应该控制在15 K±1 K，在本实验中镀膜面的朝向对试验没有影响。

2.3 热流计法

1)适用范围。

与防护热板法适用范围基本相同。

2)检测原理。

热流计法测定导热系数时，被测试样在稳定状态下，热流计和试样中心测量部分，具有一维恒定热流，此时测量冷热板热流计输出的热流密度和表面温度值，就可以计算出任意平均温度下的传热系数。热流计测量装置需要通过已知热阻的标准试样标定热流量，这是一种间接或相对的方法。

3)检测设备和样品要求。

热流计测量装置由主体、冷热源和测控系统组成，为符合GB/T 10295的对称布置的单一试样装置或双试样装置。

单一试样测量装置由一个加热单元和一个冷却单元构成，分别位于试样的两侧，冷却单元的表面与加热单元的表面尺寸相同。热流计分别位于被测试样或校正试样冷热表面的中央。

双试样测量装置由一个加热单元和两个冷却单元构成，加热单元置于被测试样和对照试样之间，标定时，校正试样应放在被测试样位置，将热流计放在被测试样或校正试样和对照试样的每一侧。

试样取边长800 mm的正方形平型中空玻璃。

3 结语

中空玻璃作为窗户和幕墙最重要的组成部分，在目前节能设计越来越高的情况下，通过对材料传热过程的分析，我们可以将新材料、新结构、新技术作为研究开发的方向。另外由于传热的过程是个复杂的过程，试验装置大都要求标定和校准后才能进行检测，所以在使用不同的方法检测所得出的结果可能还会存在一定的差异。

不管是理论计算和标准检测都是建立在一维传热的基础上，所以我们可以通过模拟计算得出结果与检测结果进行比较和研究，从而更加了解中空玻璃的传热过程。

[1] GB/T 22476—2008，中空玻璃稳态U值(传热系数)的计算及测定[S].

[2] GB/T 8484—2008，建筑外门窗保温性能分级及检测方法[S].

[3] JGJ/T 151—2008，建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程[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