窗戶不同構(gòu)造及傳熱系數(shù)問題.doc
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簡介: 本文根據(jù)不同窗戶的構(gòu)造和材料,通過對窗戶玻璃系統(tǒng)和窗框系統(tǒng)傳熱系數(shù)的計算,對窗戶傳熱系數(shù)規(guī)范取值與計算所得值進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)范值和計算值不同的原因。 《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176—93)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 ___ 20~30 6.4 0.16 單框雙玻璃 12 20~30 3.9 0.26 16 20~30 3.7 0.27 20~30 20~30 3.6 0.28 雙層窗 100~140 20~30 3.0 0.33 木、塑料 單層窗 ___ 30~40 4.7 0.21 單框雙玻璃 12 30~40 2.7 0.37 16 30~40 2.6 0.38 20~30 30~40 2.5 0.40 雙層窗 100~140 30~40 2.3 0.43 窗戶的傳熱系數(shù)可用以下關(guān)系式表示: U=Ug+ηf(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明規(guī)范值和計算值不同的原因。規(guī)范中鋁合金窗的傳熱系數(shù)為6.4 W/㎡.K, 單層玻璃(3㎜) λ=0.76W/(M.K) 的熱阻由公式: R0=1/αe+ D/λ+1/αi (2) 計算得出為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)范值和計算值相同)。 我們現(xiàn)在計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 ,設內(nèi)外表面溫差Δt,通過貫通寬度Wtr的熱流分配給外觀寬度W所得的平均熱流為: q=Δt/d . λAL. Wtr/W=Δt(D/λAL . Wtr/W)-1 如果貫通部分所占比率ηtr= Wtr/W ,上式成為: q=Δt(d/λAL ηtr)-1=Δt/RAL 其中: RAL= d/λAL ηtr 即為鋁合金窗扇內(nèi)外表面之間的熱阻值;對于圖示型材,ηtr=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)αi=8.74 W/㎡.K, αe=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ηtr取值偏大,從而使窗框的熱阻偏小,直接導致窗戶的傳熱系數(shù)值偏大。 從型材斷面中容易看出,真正貫通內(nèi)外表面的金屬實體部分所占比例實際上是很小的,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甚微,完全可以忽略。事實上,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)件對熱量流動的阻礙作用主要來源于內(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,導致窗戶的傳熱系數(shù)偏大。 現(xiàn)以鋁合金雙玻窗(3+12+3)為例比較并說明規(guī)范和計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,通過公式(1)反推出玻璃部分的傳熱系數(shù)為2.91 W/㎡.K 現(xiàn)計算玻璃部分的傳熱系數(shù) 已知玻璃的熱阻 Rg=D/λ=0.003/0.76=0.0039 ㎡.K/W 空氣間隙熱阻按美國ASHRAE夏季標準條件(室外溫度320C,室內(nèi)溫度240C)為環(huán)境溫度計算依據(jù),空氣層熱阻的計算式為: Rgap=(hgr+hgc+hgλ)-1={[6.12/(1/ε1+1/ε2)]+2.13}-1 其中hgr、hgc、hgλ分別為玻璃間層中輻射、對流和導熱的傳熱系數(shù)對于普通雙層玻璃,發(fā)射率ε1=ε2=0.84,間層熱阻Rgap=0.152㎡.K/W 玻璃部分的總熱阻為 R0=1/αe+ D1/λ+Rgap+D2/λ+1/αi 對于(3+12+3)雙玻系統(tǒng),考慮玻璃導熱及內(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ηf =0.3 代入公式(1)得:鋁合金雙玻窗傳熱系數(shù)的計算值為 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。 其原因在于計算玻璃部分的傳熱系數(shù)時,空氣間隙熱阻是按美國ASHRAE夏季標準條件(室外溫度320C,室內(nèi)溫度240C)為環(huán)境溫度為計算依據(jù),其中長波輻射換熱系數(shù)取值hgr較大,因此空氣間隙熱阻偏小,導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,取值相對較小,因此玻璃部分的傳熱系數(shù)較計算值小。 比較單玻木窗的傳熱系數(shù),現(xiàn)取木窗框λ=0.17 W/(M.K),對于厚度為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ηf =0.3時,木窗的傳熱系數(shù)為5.03 W/㎡.K, 當ηf =0.4時,木窗的傳熱系數(shù)為4.65 W/㎡.K。 現(xiàn)取λ=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ηf =0.3時,木窗的傳熱系數(shù)為4.85 W/㎡.K, 當ηf =0.4時,木窗的傳熱系數(shù)為4.41 W/㎡.K。 從上面的計算中得知,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)范值和計算值不同的主要原因是:對窗框的材質(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)在計算值和規(guī)范值上也存在上述差異,此處不再一一說明,用計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 ηf =0.25 備注 單玻 6.18 4.89 5.56 ηf =0.3 3mm玻璃 雙玻 4.06 2.77 3.41 ηf =0.3 3+12+3 Low-E雙玻 3.07 1.78 2.23 ηf =0.3 3+12+3 參考文獻: (1)《民用建筑節(jié)能設計手冊》 揚善勤 (2)《節(jié)能窗技術(shù)》 涂逢祥 (3)《傳熱學》(第四版)章熙民 任澤霈 (4)《建筑設計手冊》 (5)《建筑熱過程》彥啟森 趙慶珠 (6)《民用建筑節(jié)能設計標準(采暖居住建筑部分)》JGJ26-95- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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