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    U型玻璃外墙的热工计算

      作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2010-11-23
  •   前言
      U型玻璃是一种新型节能环保的墙体材料,上世纪90年代开始在我国逐步应用于各地建筑物的内、外围护结构,在2010年上海世博会展区的智利国家馆也得到了很好的展示。
      近年来U型玻璃得到国内外建筑设计师的关注和青睐,国家建筑标准院出版了安装应用的图集。不少建筑专业的专家也在报刊杂志上对U型玻璃进行介绍和论述,特别是中国工程院院士、上海同济大学原规划院院长、博士生导师戴复东就格外推崇。
      U型玻璃墙体的传热过程
      1.U型玻璃外表面与周围空气和外界环境间的换热,包括外表面与周围空气间的对流换热,以及外表面吸收、反射的太阳辐射热和外表面与空间的各长波辐射换热,玻璃间层的空气层可以减少辐射换热;
      2.U型玻璃外表面与周围空气和外界环境间的换热,包括外表面与周围空气和室内环境间的换热、内表面与室内空气间的对流换热、内表面与室内环境的长波辐射换热,玻璃间层的空气层可以减少辐射换热;
      3.U型玻璃墙和四周金属框材的传热和导热传热。
      U型玻璃墙体热工计算(按41×6规格)
      U型玻璃墙的热阻及传热系数K值计算
      1.单层U型玻璃墙的计算
      Ro=Rw+Rn+δ/λ
      式中:Rw-玻璃外表面换热阻,夏取0.05,冬取0.04Rn-玻璃内表面换热阻,通常取0.11m2·K/W
      δ-U型玻璃厚度(m)
      λ-U型玻璃的导热系数,取0.76W/m2·K
      Ro=0.045(综合值)+0.11+0.00789=0.16289m2·K/W
      2.热惰性指标:单层U型玻璃约为0.175
      通常单层U型玻璃仅看成是玻璃隔断,犹如面积较大的单层玻璃的铝合金窗,6mm厚的U型玻璃其传热系数K值阻约为6.14W/m2·K。
      玻璃的厚度与热阻的影响不是很大,每毫米厚度约为0.00131m2·K/W。
      这里没有考虑框架的热桥温度的影响。目前U型玻璃墙大部分采用铝型材作为受力构件,计算表明,无断热空心铝型材的基本传热系数K=6.58W/m2·K(基本等同于单层玻璃的传热系数)。在U型玻璃墙构成面积较大时,框材面积只占墙面积的5%(断热空心铝型材的基本传热系数K不应大于3.5W/m2·K),这个数值不是很大,但有时是值得考虑的。
      3.双层U型玻璃墙的计算(按41×6规格)
      R=RW++RK+δ/λ1+δ/λ2+RN
      R=0.045+0.17+2×(0.00789)+0.11
      R=0.34578m2·K/W
      K值=1/0.34078=2.934W/m2·K。
      U型玻璃的不同规格及组合,适当加大空气层是有利于增加墙的热阻;如60×7的“翼在接缝处成对棑列”的安装组合,玻璃间的空气层约有48mm,其热阻约为0.18,U型玻璃墙的总热阻约为0.35342m2·K/W。
      K值=1/0.35342=2.829W/m2·K。热阻增加了0.012m2·K/W,所以一味地增加空气层厚度起不到增加总热阻的目的。
      一般说来,增大围护结构厚度来加大热阻是不经济的,可设法从材料的特性和构造形式来加大外围护结构的热阻。由不同材料组合而成的围护结构复合构造,其热阻为各材料层热阻之和。
      为了增加材料的热阻,我们可以在U型玻璃内表面加贴PET薄膜,以增加玻璃的热阻,据测试有以下2点变化:
      ①不同输入温度时的热阻随热量增大而增大;
      ②当薄膜厚度减小时(如由0.15mm减到0.10mm),薄膜热阻也随之减小,约减少8%。经测试,当输入热量在17.28W至58.14W之间,薄膜热阻的平均值可取0.18m2·K/W。
      现我们再计算贴有薄膜的双层U型玻璃墙(60×7)的总热阻约为0.53342m2·K/W,其K值约为1.87469W/m2·K。
      下图是3种不同薄膜在5~25μm波段内的透过谱线图,其传热系数大小排序为KPC-8mm<KPETP-0.15mm<KPETP-0.10mm<KPVC-0.15mm。
      加贴Low-E薄膜,K值可达1.7W/m2·K~2.2W/m2·K。
      当然我们还可以在U型玻璃组合的空腔填充塑料蜂窝材料,据国外资料称K值可达到0.8W/m2·k~0.5W/m2·k。
      4.热惰性指标D:双层U型玻璃D约为0.375
      5.双层U型玻璃内部冷凝的判别
      当水蒸气通过围护结构的达程中遇到蒸汽渗透阻大的材料层(玻璃),水蒸汽不易通过,就出现冷凝现象。那么双层U型玻璃内部是否会出现冷凝,可按下列步骤进行:
      ①根据室内外空气的温度和相对湿度,确定水蒸气分压力ew和en,然后计算內外各层的实际水蒸气分压力,并作出实际水蒸气分压(e)的分布线。
      ②根据室内外空气的温度和相对湿度tw和tn,确定围护结构各层的温度,查表得出相应的饱和水蒸气分压力E,并画出曲线。
      ③根据e线和E线相交与否来判定围护结构内部是否会出现冷凝现象(两条线相交,内部会出现冷凝,反之则不会冷凝)。
      这种内部冷凝的液态水不是一般意义的“结露”,而是渗透水导致的。
      6.双层U型玻璃外墙的结露
      查表求室内温度为tn时的饱和水蒸气分压力(见常压下空气温度与水蒸气分压力的关系表)。例,求室内温度18.5℃,相对湿度为70%时的饱和水蒸气分压力,橫坐标找到18.5℃,对应到曲线的纵坐标为2129.2Pa,按公式计算实际水蒸气分压力e=2129.2×0.7=1490.4Pa,现仍从常压下空气温度与水蒸气分压力的关系表中的纵坐标中找到1490.4Pa,对应到曲线的横坐标为12.1℃,该值就是露点温点,当U型玻璃墙的内表面温度低于12.1℃就会结露。

     

    【作者】:米家华 崔厚寅
    来源:中国建材报 (2010-11-16 第5638号)
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