雙層中空玻璃間距優(yōu)化設(shè)計(jì)

東北地區(qū)處于我國的高緯度地區(qū)，冬天氣溫極低，室內(nèi)外溫差很大，為了滿足居民冬天的生活要求，需要對建筑物進(jìn)行良好的保溫設(shè)計(jì)。其中，窗戶的保溫性能是建筑物保溫性能中很重要的環(huán)節(jié)。而窗戶的組成中玻璃的設(shè)計(jì)尤為重要，是窗戶保溫性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

建筑門窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能Z薄弱的部位，它的長期使用能耗約占整個(gè)建筑物長期使用能耗的50%，因此，提高門窗保溫性能是降低建筑物長期使用能耗的重要途徑。窗戶的保溫性能不但明顯地影響建筑物的采暖能耗，而且對室內(nèi)熱環(huán)境、舒適感以及室內(nèi)的衛(wèi)生狀況也有明顯的影響。如果窗戶的保溫質(zhì)量不佳，通過窗戶的傳熱熱損失和通過窗戶縫隙的空氣滲透熱損失就會顯著增加，進(jìn)而引起采暖能耗顯著增加。目前廣泛使用的雙層中空玻璃是一種隔熱、隔音、美觀適用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料。本項(xiàng)目旨在對雙中空玻璃間距的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，力求得出能夠使保溫性能達(dá)到較高水平的優(yōu)化間距方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為今后東北地區(qū)建筑物窗戶保溫設(shè)計(jì)提供一定的科學(xué)參考。

1實(shí)驗(yàn)方案

玻璃窗戶的保溫性能由傳熱系數(shù)K值直接反應(yīng)，傳熱系數(shù)越低，說明散熱越少，窗戶的保溫性能越好。因此本實(shí)驗(yàn)主要探究在現(xiàn)有技術(shù)條件下使傳熱系數(shù)Z小的玻璃間距組合。通過擬定漸變擬定的間距組合，進(jìn)行傳熱系數(shù)測定的實(shí)驗(yàn)，繪制間距組合與傳熱系數(shù)的變化圖像，根據(jù)圖像研究間距組合與才傳熱系數(shù)之間的關(guān)系，提出滿足較優(yōu)保溫性能的Z優(yōu)間距組合，完成研究。在探究組合的研究過后，研究δ1，δ2的朝向問題，即玻璃安裝的過程中的安置方向問題，研究不同朝向?qū)Υ皯舯匦阅艿挠绊?。在確定Z后間距組合后，進(jìn)一步探索Z優(yōu)朝向，使窗戶的保溫性能進(jìn)一步提升，對建筑建設(shè)過程中窗戶的安裝問題提供依據(jù)。根據(jù)以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，雙玻間距在10mm以下時(shí)，間距和熱阻幾乎成直線關(guān)系;當(dāng)雙玻間距在10mm～30mm時(shí)，間距和熱阻的關(guān)系成曲線;當(dāng)間距超過30mm時(shí)，由于對流與輻射熱交換的綜合作用，使空氣層的熱阻增加十分緩慢。

設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)熱阻的需要和框材的經(jīng)濟(jì)尺度，適當(dāng)確定玻璃的間距，一般不宜小于9mm。目前市面上廣泛使用的兩玻玻璃窗戶，有塑料窗，木窗，鋁合金窗，鋁塑復(fù)合窗，傳熱系數(shù)均在2.4～2.5W·m-2·K-1，質(zhì)量稍差的高達(dá)2.8W·m-2·K-1，再加上冬季供暖等方面條件的誤差，普通居民生活環(huán)境肯定沒有實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)良條件，這一系數(shù)在實(shí)際中肯定還會更高。我們也對校園內(nèi)學(xué)生寢室進(jìn)行了走訪，測定了室內(nèi)溫度，有的地方室內(nèi)溫度只有15℃，不難得出大多數(shù)熱量由窗戶散失，造成供暖更大的壓力和資源更多的浪費(fèi)。窗戶玻璃由單玻變成雙?；蛉?，玻璃保溫性能會明顯提高。這并不是玻璃熱阻起作用，而是玻璃間的空氣層是熱阻增加的主要原因，因?yàn)殪o止的空氣其傳熱系數(shù)比任何材料都要低。

因此，順應(yīng)玻璃窗戶技術(shù)發(fā)展水平的提高，為更好的提高門窗的保溫性能，可制作三玻玻璃窗戶。根據(jù)密閉空氣層的熱阻與空氣層厚度的關(guān)系，研究滿足較優(yōu)的保溫性能的凈間距厚度，并且研究玻璃不同間距的朝向問題，完成此項(xiàng)目的研究。

2實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果

根據(jù)空氣流動、玻璃厚度等因素對玻璃窗戶傳熱系數(shù)的影響，等分的間距能夠達(dá)到Z好的保溫效果。若兩個(gè)間距一個(gè)過大一個(gè)過小，根據(jù)雙玻玻璃K值變化趨勢可知，過大的間距承擔(dān)了大部分的保溫任務(wù)，但玻璃間距過大時(shí)傳熱系數(shù)并不會大幅減小，減幅會越來越小，因此過大的間距只能是一種浪費(fèi)，而過小的間距對保溫效果敏感性太大，稍微一點(diǎn)間距增加就會引起傳熱系數(shù)大幅度的降低，因此不宜采用過小的間距，過大或過小的間距Z終都會導(dǎo)致保溫性能的惡化，因此假設(shè)等分的間距使窗戶傳熱系數(shù)達(dá)到Z低。

調(diào)研得知，目前市場上廣泛通用的為3mm+3mm，6mm+6mm，9mm+9mm以及12mm+12mm規(guī)格的三玻玻璃窗戶。較小間距的玻璃窗戶主要用于衛(wèi)生間等輔助房間較小的洞口，而較大間距的玻璃窗戶主要用于客廳，臥室等對保暖要求很高的主要房間的較大洞口。

同時(shí)，筆者對黑龍江省旱地科學(xué)研究院進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)際參與了傳熱系數(shù)測定的實(shí)驗(yàn)，獲取了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通用的這幾種規(guī)格的三玻玻璃窗戶，以12mm+12mm導(dǎo)熱系數(shù)Z低，主要材質(zhì)為塑料窗的導(dǎo)熱系數(shù)為1.7～1.8W·m-2·K-1，三玻木窗:1.7～1.8W·m-2·K-1，鋁塑復(fù)合三玻:2.0～2.1W·m-2·K-1。

市場上通用的是等間距組合的三玻玻璃窗戶，那么不等間距的呢?因?yàn)椴Ａчg距在10mm以前時(shí)傳熱系數(shù)呈直線遞減，因此排除3mm可能的組合，它并不能發(fā)揮靜止空氣導(dǎo)熱系數(shù)很低的優(yōu)勢。同時(shí)考慮過薄的三玻玻璃窗戶也會使導(dǎo)熱系數(shù)接近兩玻，根據(jù)12mm+12mm擬定了幾組組合:6mm+18mm，9mm+15mm，并對這兩組間距組合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)與假設(shè)基本吻合。6mm+18mm間距組合傳熱系數(shù)為2.2W·m-2·K-1，9mm+15mm組合傳熱系數(shù)為2.0W·m-2·K-1。將之與12mm+12mm規(guī)格的三玻玻璃窗戶進(jìn)行傳熱系數(shù)比較，不難看出12mm+12mm組合的三玻玻璃窗戶傳熱系數(shù)在這些組合里Z低，因此可以得出目前Z優(yōu)的間距組合為該等分間距組合。設(shè)想寬的間距組合，比如15mm+15mm，但是根據(jù)目前熱阻的需要、技術(shù)水平和框材的經(jīng)濟(jì)尺寸，總計(jì)間距組合為24mm，15mm+15mm這樣的間距組合甚至更高的間距組合不符合經(jīng)濟(jì)原理，因?yàn)樵谀壳暗募夹g(shù)水平下這會導(dǎo)致窗戶框架制作成本突然陡增，因此排除這樣的可能。

3結(jié)束語

根據(jù)調(diào)研，實(shí)驗(yàn)，分析，數(shù)據(jù)整理，得出間距組合為12mm+12mm的三玻玻璃窗戶為目前Z經(jīng)濟(jì)Z保溫的間距組合。這樣的窗戶應(yīng)該廣泛使用與各種建筑的大型洞口，以替換傳熱系數(shù)遠(yuǎn)低于它的兩玻玻璃窗戶或者其他間距組合的三玻玻璃窗戶。對保溫性能要求沒有客廳，臥室等主要房間高的衛(wèi)生間，儲物間，廚房，樓道等輔助房間，可以采用9mm+9mm或者更低的間距組合。它們雖然沒有12mm+12mm間距保溫，但這些房間對保溫的要求本來就沒有主要房間高，這樣的間距可以滿足這些輔助房間的保溫要求，而且高于兩玻玻璃窗戶的保溫性能，更加經(jīng)濟(jì)。