中空玻璃空气间层的传热性能研究.pdfVIP

第十届全同现代结构T程学术研讨会 中空玻璃空气间层的传热性能研究 刘涛 张其林 (同济大学建筑工程系，上海200092) 提要； 本文根据传热学基本理论论述和分析了中空玻璃空气间层内的自然对流换热过程。对不同空气层厚度的换热系数 进行了数值计算，比较分析了现行建菹[]窗毽蛰整缝垫王进簋趣猩‘中计算公式的精度，证明了空气间层存在最 大热阻这一特性。 关键词： 中空玻璃，空气间层，自然对流，最大热阻，换热系数 ．^‘—J一 一、．刖吾 我国目前建筑总面积已达400多亿平方米，预计到2020年将新增建筑面积200多亿，建筑物在设计和 使用期间，需要不断消耗大量的能源，当前我国的建筑耗能己占全社会总耗能的30％左右。室内环境与外 界环境通过外墙、门窗以及玻璃幕墙相互问传递热量，由于外墙的传热系数比较小，门窗和幕墙成为热量 传递的主要途径。 目前可以通过采用高性能的玻璃如Low-E玻璃、合理配置玻璃的结构，如采用中空玻璃并合理控制玻 璃间层的厚度、采用暖边密封系统及选用隔热性能好的边框材料等，以改进门窗的热洞效应、达到好的节 能效果。由于中空玻璃具有突出的保温隔热性能，所以成为提高门窗、幕墙节能性能的重要材料。 本文针对中空玻璃，进行了其换热系数的数值分析，分析了现行规程计算公式的精度，总结了空间间 层的相关特性。 二、空气间层对流传热特点及其经验公式 计算中空玻璃传热系数时，空气间层的热阻是最难以确定的，要得到中空玻璃系统的传热系数，必须 对空气间层的对流传热性能进行深入的研究。 空气『日j层的对流换热属于有限空间中的自然对流换热，是指在封闭的夹层内由高温壁到低温壁的换热 过程，且其换热过程是热壁和冷壁两个自然对流过程的组合。 在封闭的有限空间中流体自然对流传热过程中包括了热对流和热传导两种基本传热方式，除与流体性 质、两壁温差有关外，还将受空间位置、形状、尺寸比例等的影响。在垂直于玻璃壁的方向上，空气的流 动形式可分为以下三种： l、滞流内层：流体呈滞流流动，沿壁面法向没有质点的移动和混合，即没有对流传熟，传热方式仅是热传 导。因为液体导热系数小，因此热阻较大，温度梯度大。 2、缓冲层：流体流动介于滞流和湍流之间，热传导和对流传热同时起作用，热阻较小。 3、湍流主体：质点剧烈运动，完全混合，温度基本均匀，无温度梯度。 根据《建篡臼窗遮毯整缝垫工盐篡趣程》(JGJ／T151-2008)，玻璃层间气体间层的对流换热系数可按 下式由无量纲努谢尔特数确定： 工业建筑2010增刊 719 第十届全国现代结构工程学术研讨会 吃=№砉 (1) Nu——努谢尔特数，是瑞利数Ra、气体间层高厚比和气体间层倾角0的函数。 砌：—72—d—3G_fl—Cp—AT (2) G——气体间层的厚度(m／s2)，可取9．8(mls2)： d——气体间层的厚度(m) ∥——将填充气体当做理想气体处理时的气体热膨胀系数(m)： 乙——填充气体的平均温度(K)； Nu=max(Nul，Nu2) (3) Ra5x104 f Nu．=0．0673838Ra{ 104Ra_5x104 {Nul=o．028154Ra0。4134 (4) Ra≤104 I Nu，=1+1．7596678×10_oR 热Nu群z=0．2／_／42卜 (5) 三、空气间层的对流传热实例分析 数值计算时采用的物理模型参数为：室内、室外温度分别为25。C、35‘C，玻璃间层高度取lm。由于 玻璃的热阻很小，所以两侧温差很小，为简化计算，空气间层冷热壁面温度条件