中空玻璃热工性能影响因素模拟研究.pdf

Architectural &Functional Glass N2 2015
中空玻璃热工性能影响因素模拟研究
中国建筑科学研究院万成龙王洪涛
北京工业大学孙诗兵王丽丽
摘要:中空玻璃占建筑幕墙门窗面积的70%以上,对于幕墙门窗的节能具有重要意义。本文对空气
层厚度和层数、低辐射膜层数及位置、填充气体、真空技术和暖边技术等手段对中空玻璃热工性能的
影响进行了系统的模拟研究,得到了最优的或定量的结果,可供中空玻璃的设计及选用时参考。
1引言
2.1模拟用数据基础
玻璃幕墙、建筑外窗是建筑外围护结构节能的薄
模拟计算用基础玻璃数据来源于中国建筑玻璃
弱环节,成为建筑节能的重要研究对象。玻璃作为建与工业玻璃数据库。离线低辐射镀膜玻璃的膜面辐
筑幕墙和外窗的重要组成部分,约占建筑幕墙或外窗射率为0.15以下,计算采用的表面辐射率分别为0.10
总面积的70%以上,是影响室内热环境的重要因素。(单银Low-E)、0.05(双银Iow-E)和0.02(三银Low-E),
中空玻璃热工性能影响因素的系统研究对于中空玻为比较方便,选取了国内某公司的系列产品。
璃的设计及选用具有重要指导意义。
2.2边界条件
近几年来,低辐射膜层、惰性气体、暖边技术和
计算边界条件设置为:(1)冬季计算条件:室内空
真空技术在中空玻璃领域得到了广泛的应用,但这些气温度T=20℃,室外空气温度Ta=-20℃,室内对流
技术对中空玻璃热工性能的影响缺乏系统深入的研换热系数h。n=3.6W(m2·K),室外对流换热系数h、
究。中空玻璃近年来已逐渐普及,与单层玻璃窗相比,16W(m2-K),室内平均辐射温度Tm,i=Tnm,室外平均
其热工性能已有极大改善,成为建筑节能50%时外辐射温度Tmo=Ta,太阳辐射照度I=300W/mn2;(2)夏
窗产品的必用玻璃配置;Iow-E中空玻璃能够进一步季计算条件为:室内空气温度Tn=25℃,室外空气温
改善屮空玻璃的热工性能,降低外窗的传热系数,是度T=30℃,室内对流换热系数h。i=2.5W(m3·K),室
建筑节能65%时的重要技术选择,目前己经得到了外对流换热系数h。o=16W(m3?K),室内平均辐射温
定程度的使用;真空玻璃技术可在Iow-E中空玻璃度Tm,=Tm,室外平均辐射温度Tmm=Tm,太阳辐射
的基础上进一步大幅度降低玻璃的传热系数,已成为照度1=500wV/m2;(3)遮阳系数、太阳光总透射比计算
建筑节能75%及更高标准时的可靠选择,真空玻璃采用夏季标准计算条件。
的产业化为应用提供了可行性。惰性气体、暖边技术2.3软件说明
也成为改善中空玻璃热工性能的可选手段,可小幅度
模拟主要采用粤建科建筑门窗玻璃幕墙热丁
改善中空玻璃传热系数,成为门窗热工性能设计时的计算软件,其中真空玻璃的模拟计算采用 WINDOW
补充手段。
7.0、 THERM7.0软件。粤建科建筑门玻璃幕墙热
本文在已有玻璃光谱数据的基础上,采用软件工计算软件是由广东省建筑科学研究院开发的,国内
按照 JG AT151的要求,对低辐射膜层、惰性气体、暖唯一的符合JGJT151的基于有限元原理的门窗幕墙
边技术和真空技术等因素对中空玻璃热工性能影响热工计算软件; WINDOW、 TEIERM建筑门窗幕墙热
进行了研究,结果对于中空玻璃选用具有一定指导意工计算软件是美国劳伦斯伯克利实验室开发的系列
义
软件,是世界上重要的门窗幕墙热工计算软件之
2模拟计算说明
其最新的版本增加了真空玻璃的计算功能。
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建筑玻璃与工业玻璃2015,N2
3空气层厚度和层数对中空玻璃热工性能影
1.00
可见光透射比
0.95
响研究
太阳能总透射比
遮阳系数
3.1不同空气层厚度的中空玻璃热工性能研究
采用5+A+5中空玻璃系统,空气层厚度依次取
6mm、7mm、8mm…23mm,计算传热系数K值、可
求
见光透射比、太阳能总透射比和遮阳系数。不同空气
层厚度的5+A+5中空玻璃传热系数计算结果见图1。
0.60
空气层数
图3不同空气层数的中空玻璃可见光透射比、
太阳能总透射比和遮阳系数计算结果
从图2和图3可以看出,随着空气层数增加,传
热系数、可见光透射比、太阳能总透射比和遮阳系数
均呈现降低趋势。其中传热系数降低幅度最大,且随
681012141618202224
厚度(mm)
着空气层数增加,传热系数降低幅度趋缓;可见光透
图1不同空气层厚度的5+A+5中空玻璃传热系数计算结果射比、太阳能总透射比和遮阳系数均成近似线性趋势
降低。综合考虑成本、窗框承重等,采用双玻中空玻
从图1可以看出,随着空气层厚度的增加,传璃和三玻中空玻璃具有技术和经济的合理性。
热系数呈现“高一低一高”的趋势,最佳空气层厚4低辐射膜层对中空玻璃热工性能影响研究
度为12mm~16mm。常温下密闭空气的导热系数为
低辐射膜层可有效降低低温红外辐射传热,这里
0.023w/(m:K),中空玻璃正是利用该特点设计的,但重点研究不同IowE膜层和不同膜层位置对中空玻
随着空气层厚度增加到一定程度,密闭的空气在玻璃璃热工性能的影响。
之间产生对流,加速热传递,导致中空玻璃传热系数4.1Low-E膜层对中空玻璃热工性能影响研究
呈现先减小再增大的趋势。计算结果还表明,空气层
为方便比较,计算统一取Iow-E膜层位于5+12A
厚度对可见光透射比、太阳能总透射比和遮阳系数无+5中空玻璃的第2面进行计算,计算结果见图4和图
影响。
3.2不同玻璃层数的中空玻璃热工性能研究
采用单片5mm玻璃,设计为单层玻璃、双玻中空
玻璃、三玻中空玻璃、四玻中空玻璃,计算传热系数、
可见光透射比、太阳能总透射比和遮阳系数,结果见
图2和图3。
铲通
单
银
图4不同低辐射膜层的中空玻璃传热系数计算结果
吧
从图4可以看出,低辐射膜层相比无膜层可有效
降低中空玻璃的传热系数,降低效果与三玻中空玻璃
接近,但单银、双银和三银结果差别不大,表明增加
空气层数
银膜层数对降低传热系数效果有限。从图5可以看
图2不同空气层数的中空玻璃传热系数计算结果
出,低辐射膜层可有效降低可见光透射比、太阳能总