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U型玻璃外墻的熱工計算
 

U型玻璃是一種新型節能環保的墻體材料,上世紀90年代開始在我國逐步應用于各地建筑物的內、外圍護結構,在2010年上海世博會展區的智利國家館也得到了很好的展示。 

近年來U型玻璃得到國內外建筑設計師的關注和青睞,國家建筑標準院出版了安裝應用的圖集。不少建筑專業的專家也在報刊雜志上對U型玻璃進行介紹和論述,特別是中國工程院院士、上海同濟大學原規劃院院長、博士生導師戴復東就格外推崇。 

U型玻璃墻體的傳熱過程   

  1. U型玻璃外表面與周圍空氣和外界環境間的換熱,包括外表面與周圍空氣間的對流換熱,以及外表面吸收、反射的太陽輻射熱和外表面與空間的各長波輻射換熱,玻璃間層的空氣層可以減少輻射換熱;

  2. U型玻璃外表面與周圍空氣和外界環境間的換熱,包括外表面與周圍空氣和室內環境間的換熱、內表面與室內空氣間的對流換熱、內表面與室內環境的長波輻射換熱,玻璃間層的空氣層可以減少輻射換熱;

  3. U型玻璃墻和四周金屬框材的傳熱和導熱傳熱。U型玻璃墻體熱工計算(按41×6規格)   


          U型玻璃墻的熱阻及傳熱系數K值計算 1.單層U型玻璃墻的計算 Ro=Rw+Rn+δ/λ 式中:Rw-玻璃外表面換熱阻,夏取0.05,冬取0.04Rn-玻璃內表面換熱阻,通常取0.11m2·K/W δ-U型玻璃厚度(m) λ-U型玻璃的導熱系數,取0.76W/m2·K Ro=0.045(綜合值)+0.11+0.00789=0.16289m2·K/W 2.熱惰性指標:單層U型玻璃約為0.175 通常單層U型玻璃僅看成是玻璃隔斷,猶如面積較大的單層玻璃的鋁合金窗,6mm厚的U型玻璃其傳熱系數K值阻約為6.14W/m2·K。 玻璃的厚度與熱阻的影響不是很大,每毫米厚度約為0.00131m2·K/W。 這里沒有考慮框架的熱橋溫度的影響。

    目前U型玻璃墻大部分采用鋁型材作為受力構件,計算表明,無斷熱空心鋁型材的基本傳熱系數K=6.58W/m2·K(基本等同于單層玻璃的傳熱系數)。在U型玻璃墻構成面積較大時,框材面積只占墻面積的5%(斷熱空心鋁型材的基本傳熱系數K不應大于3.5W/m2·K),這個數值不是很大,但有時是值得考慮的。 3.雙層U型玻璃墻的計算(按41×6規格) 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型玻璃的不同規格及組合,適當加大空氣層是有利于增加墻的熱阻;如60×7的“翼在接縫處成對棑列”的安裝組合,玻璃間的空氣層約有48mm,其熱阻約為0.18,U型玻璃墻的總熱阻約為0.35342m2·K/W。 K值=1/0.35342=2.829W/m2·K。熱阻增加了0.012m2·K/W,所以一味地增加空氣層厚度起不到增加總熱阻的目的。 一般說來,增大圍護結構厚度來加大熱阻是不經濟的,可設法從材料的特性和構造形式來加大外圍護結構的熱阻。由不同材料組合而成的圍護結構復合構造,其熱阻為各材料層熱阻之和。 為了增加材料的熱阻,我們可以在U型玻璃內表面加貼PET薄膜,以增加玻璃的熱阻,據測試有以下2點變化: ①不同輸入溫度時的熱阻隨熱量增大而增大; ②當薄膜厚度減小時(如由0.15mm減到0.10mm),薄膜熱阻也隨之減小,約減少8%。經測試,當輸入熱量在17.28W至58.14W之間,薄膜熱阻的平均值可取0.18m2·K/W。 現我們再計算貼有薄膜的雙層U型玻璃墻(60×7)的總熱阻約為0.53342m2·K/W,其K值約為1.87469W/m2·K。 下圖是3種不同薄膜在5~25μm波段內的透過譜線圖,其傳熱系數大小排序為KPC-8mm<KPETP-0.15mm<KPETP-0.10mm<KPVC-0.15mm。 加貼Low-E薄膜,K值可達1.7W/m2·K~2.2W/m2·K。 當然我們還可以在U型玻璃組合的空腔填充塑料蜂窩材料,據國外資料稱K值可達到0.8W/m2·k~0.5W/m2·k。 4.熱惰性指標D:雙層U型玻璃D約為0.375 5.雙層U型玻璃內部冷凝的判別 當水蒸氣通過圍護結構的達程中遇到蒸汽滲透阻大的材料層(玻璃),水蒸汽不易通過,就出現冷凝現象。那么雙層U型玻璃內部是否會出現冷凝,可按下列步驟進行: ①根據室內外空氣的溫度和相對濕度,確定水蒸氣分壓力ew和en,然后計算內外各層的實際水蒸氣分壓力,并作出實際水蒸氣分壓(e)的分布線。 ②根據室內外空氣的溫度和相對濕度tw和tn,確定圍護結構各層的溫度,查表得出相應的飽和水蒸氣分壓力E,并畫出曲線。 ③根據e線和E線相交與否來判定圍護結構內部是否會出現冷凝現象(兩條線相交,內部會出現冷凝,反之則不會冷凝)。 這種內部冷凝的液態水不是一般意義的“結露”,而是滲透水導致的。 6.雙層U型玻璃外墻的結露 查表求室內溫度為tn時的飽和水蒸氣分壓力(見常壓下空氣溫度與水蒸氣分壓力的關系表)。例,求室內溫度18.5℃,相對濕度為70%時的飽和水蒸氣分壓力,橫坐標找到18.5℃,對應到曲線的縱坐標為2129.2Pa,按公式計算實際水蒸氣分壓力e=2129.2×0.7=1490.4Pa,現仍從常壓下空氣溫度與水蒸氣分壓力的關系表中的縱坐標中找到1490.4Pa,對應到曲線的橫坐標為12.1℃,該值就是露點溫點,當U型玻璃墻的內表面溫度低于12.1℃就會結露。

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