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中空玻璃绝热性能分析研究中空玻璃是一种常见的建筑材料，它的特点是在两块玻璃之间留有一定的空气层，起到隔热保温的作用。
在现代建筑中，中空玻璃得到了广泛的应用，特别是在高层建筑中，中空玻璃的热性能更是受到了广泛的关注和研究。
本文将从中空玻璃的热传导、热辐射和热对流三个方面，分析中空玻璃的绝热性能。
1. 热传导中空玻璃的热传导是指热在材料中的传递过程。
在中空玻璃中，热的传导主要通过玻璃表面进行。
而玻璃的热导率是不同的，所以不同类型的玻璃具有不同的绝热性能。
除了玻璃本身的热导率差异外，中空层的厚度也是影响热传导性能的关键因素。
当中空层的厚度增加时，热传导的能力也随之减弱，绝热性能得到增强。
因此，中空玻璃的绝热性能与中空层的厚度是息息相关的。
2. 热辐射热辐射是指热量在材料内部的辐射过程。
在中空玻璃中，玻璃外表面接触外界环境，因此会有一部分热通过辐射的方式向外界散发。
热辐射是一种非常重要的散热方式，对于提高中空玻璃的绝热性能具有很大的作用。
在现代中空玻璃中，一种常见的加工方式就是在玻璃表面涂敷一层红外线辐射涂料。
这种涂料可以增强中空玻璃的热辐射能力，进而提升绝热性能。
3. 热对流热对流是指热在材料中的对流过程。
在中空玻璃中，热的对流主要是指空气在中空层内的流动。
空气的流动可以通过一些设计来进行控制，从而达到减少热对流的效果。
例如，在中空层的两端安装一些透明塑料条，可以有效地防止空气的流动。
在现代建筑中，这种设计已经得到了广泛的应用。
综上所述，中空玻璃的绝热性能是由热传导、热辐射和热对流三个方面综合作用的结果。
在实际应用中，需要根据建筑的实际情况和要求进行选择。
面对日益加剧的气候变化和能源危机，发展低碳、节能的建筑已成为当代建筑事业的重要任务。
中空玻璃作为一种低碳、节能的材料，在当前的建筑实践中必将有着广泛的应用前景。
中空玻璃原理中空玻璃是一种由两片玻璃之间留有一定间隔的玻璃制品，它的主要原理是利用中空玻璃的空气层来隔绝外界的热传导和传热，从而达到保温和隔热的效果。
中空玻璃的制作工艺和原理十分复杂，下面我们来详细了解一下中空玻璃的原理。
首先，中空玻璃的制作过程中需要两片玻璃，它们之间留有一定的间隔，形成一个密闭的空气层。
这个空气层的宽度通常在6mm到20mm之间，不同的宽度可以达到不同的保温效果。
而在玻璃的四周用密封胶水将两片玻璃密封在一起，确保空气层不受外界空气和水汽的侵蚀。
这样的设计可以有效地阻止外界的热传导和传热，提高了中空玻璃的保温性能。
其次，中空玻璃的原理是利用空气的导热系数较低来隔绝外界的热传导。
空气的导热系数只有0.024W/(m·K)，而玻璃的导热系数是1.2W/(m·K)，可以看出空气的导热系数远远低于玻璃，因此在中空玻璃中，空气层可以有效地阻止热量的传递。
这就是为什么中空玻璃在保温和隔热方面有着很好的效果。
另外，中空玻璃还可以通过选择不同的玻璃材料来达到不同的效果。
例如，可以选择低辐射玻璃来进一步提高中空玻璃的保温效果。
低辐射玻璃是在玻璃表面镀上一层低辐射膜，可以有效地减少热辐射，提高中空玻璃的保温性能。
此外，中空玻璃还可以选择夹层玻璃，夹层玻璃是在两片玻璃之间加入一层PVB膜，可以提高中空玻璃的隔音和安全性能。
总之，中空玻璃的原理是利用空气层来隔绝外界的热传导和传热，从而达到保温和隔热的效果。
通过选择不同的玻璃材料和制作工艺，可以进一步提高中空玻璃的性能。
中空玻璃在建筑和家居中有着广泛的应用，它的独特原理和优越性能使其成为现代建筑中不可或缺的一部分。
绪论1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到：a 、地面向冰雹导热所得热量；b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。
2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。
白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。
3.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。
答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体4．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。
夹胶玻璃与中空玻璃的传热系数1.引言1.1 概述夹胶玻璃和中空玻璃是常见的建筑材料，它们在保温和隔热方面都有一定的优势。
传热系数是衡量材料导热性能的指标之一，对于建筑材料的选择和设计具有重要意义。
本文主要针对夹胶玻璃和中空玻璃的传热系数进行比较分析，探讨它们在建筑领域的应用前景。
夹胶玻璃是通过在两块玻璃之间加入夹层材料制成的一种复合材料。
这种玻璃具有很好的隔音和隔热性能，能够有效阻挡外界噪音和热传导。
夹胶层能起到类似于隔热层的作用，减少热的传输量。
同时，夹胶玻璃还具有一定的安全性，当受到冲击时，即便玻璃破碎也能保持在夹层中，减少了安全隐患。
与夹胶玻璃相比，中空玻璃则是由两块玻璃之间形成一个密闭的空间而构成。
通过在两块玻璃之间充填一定的空气或其他气体，中空玻璃形成了一种类似于隔热层的效果。
这种空气层能够有效地阻止热的传导，起到隔热的作用。
中空玻璃具有良好的保温性能，可以减少室内外温度的传导和交换。
本文将对夹胶玻璃和中空玻璃的传热系数进行详细研究和分析。
首先，我们将介绍夹胶玻璃的传热系数，并对其影响因素进行探讨。
其次，我们将对中空玻璃的传热系数进行分析，包括空气层厚度、玻璃间距等因素对传热系数的影响。
通过对两种玻璃传热系数的比较分析，我们将评估它们在不同应用场景中的性能优劣。
最后，我们将总结夹胶玻璃和中空玻璃的传热系数比较结果，并对它们在建筑领域的应用前景进行展望。
通过本文的研究和分析，我们将提供有关夹胶玻璃和中空玻璃的传热性能的全面了解，为建筑领域的设计和选择提供科学依据。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
其中引言部分概述了夹胶玻璃与中空玻璃的传热系数问题，并介绍了文章的结构和目的。
正文部分主要分为两个部分，分别是夹胶玻璃的传热系数和中空玻璃的传热系数。
夹胶玻璃的传热系数部分将会讨论夹胶玻璃的一些基本概念，并介绍其中的第一个要点和第二个要点。
中空玻璃的传热系数部分同样会先介绍中空玻璃的基本概念，然后再阐述其中的第一个要点和第二个要点。
《传热学》课后习题答案（第四版）第1章1-3 解：电热器的加热功率： kW W tcm QP 95.16.195060)1543(101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯=∆==-ττ 15分钟可节省的能量：kJ J t cm Q 4.752752400)1527(15101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=-1-33 解：W h h t t A w f 7.45601044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ 如果取K m W h ./3022=，则 W h h t t A w f 52.45301044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ 即随室外风力减弱，散热量减小。
但因墙的热阻主要在绝热层上，室外风力变化对散热量的影响不大。
第2章2-4 解：按热平衡关系有：)(1222121f w B B A A w f t t h h t t -=++-λδλδ，得：)2550(5.906.01.025*******-=++-B B δδ，由此得：,0794.0,0397.0m m A B ==δδ 2-9 解：由0)(2121=+=w w m t t t ℃从附录5查得空气层的导热系数为K m W ⋅/0244.0空气λ 双层时：W t t A w w s 95.410244.0008.078.0006.02)]20(20[6.06.02)(21=+⨯--⨯⨯=+-=Φ空气空气玻璃玻璃λδλδ单层时：W t t A w w d 187278.0/006.0)]20(20[6.06.0/)(21=--⨯⨯=-=Φ玻璃玻璃λδ 两种情况下的热损失之比：)(6.4495.411872倍==ΦΦs d题2-15解：这是一个通过双层圆筒壁的稳态导热问题。
由附录4可查得煤灰泡沫砖的最高允许温度为300℃。
关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。
一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。
沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。
二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。
计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。
(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。
理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。
还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。
下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。
(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。
层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。
常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充-充分发展段，气体，-充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。
横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。
关联式：定性温度为主流温度，定型尺寸为管外径，速度取管外流速最大值。
中空玻璃空气夹层内的自然对流换热重庆大学 黄春勇 王厚华摘要：本文从传热学的角度论述和分析了中空玻璃空气夹层内的自然对流换热。
采用商业软件FLUENT 对中空玻璃空气夹层厚度为6mm 、9mm 、12mm 、14mm 、16mm 时的自然对流换热进行数值模拟，并将所获得的对流换热量与采用经验公式计算的结果作了对比分析。
结果表明，在设定条件下，中空玻璃空气夹层对流换热在上述空气夹层厚度下可以近似作纯导热处理，误差不是很大。
由此说明，自然对流换热经验公式对于计算中空玻璃空气夹层内的对流换热系数是能够很好地满足工程要求。
关键词：建筑节能 中空玻璃 空气夹层 对流换热系数 1 前言随着国家标准《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）及《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26-1995）等技术法规的出台，民用建筑节能，已成为建筑设计中的一项重要内容。
从节能角度来讲, 整个建筑的能量损失中约50%是从门窗上损失，对于整幢建筑来说, 门窗的面积占建筑面积的比例超过20%, 玻璃在门窗中约占70%以上。
而在建筑围护结构中，门窗的能耗约为墙体的4倍，屋面的5倍，地面的20多倍，约占建筑围护结构总能耗的40%~50%[1]。
因此, 增强门窗的保温隔热性能, 减少门窗的能耗, 是改善室内热环境和提高建筑节能的重要环节, 而其中减少通过玻璃的能量损失尤为重要。
因此，中空玻璃作为一种节能环保型产品,在建筑上得到了越来越广泛的应用。
建设部2001年发布的《夏热冬冷地区居住建筑节能标准》(JGJ134- 2001)中, 对窗墙面积比大于0.45且小于0.5的外窗传热系数限制指标到了2.52/W m K , 夏热冬暖地区这一指标在部分条件下到了2.02/W mK 。
这对普通中空玻璃节能性能提出了更高的要求。
目前，中空玻璃的研究资料中普遍认为，当空气夹层厚度为12mm 时中空玻璃的节能效果最佳。
随着住宅建筑低飘窗的面积不断增大，空气夹层的最佳厚度是否会发生变化呢？因此，本文主要通过经验公式和数值模拟寻找影响中空玻璃空气层内的对流换热因素，并通过计算对流换热量来考虑中空玻璃空气夹层的最佳厚度。
2 中空玻璃K 值计算方法中空玻璃的主要热工性能参数包括传热系数K 值和遮阳系数SC 值。
其中传热系数K 值是指单位时间、单位壁面积上，冷热流体间每单位温度差时传递的热量，也就是说，K 值是中空玻璃系统总热阻R 的倒数。
中空玻璃系统的总热阻包括室外对流侧换热热阻、室外侧玻璃单片导热热阻、气体层热阻、室内侧玻璃单片导热热阻以及室内侧对流换热热阻，即：,11i g i out inR R R h h =+++∑∑ （1） 式中：out h 、in h ——玻璃系统室内、外侧对流换热系数，2/()W m K ；i R ——空气层的热阻，2/m K W ；,g i R ——每层玻璃单片的导热热阻，2/m K W 。
因此，要计算中空玻璃的K 值，首先要解决玻璃内气体夹层的传热计算问题。
从传热学的角度分析，由于玻璃的高度与宽度远大于空气夹层厚度，则空气夹层传热计算可以看做是有限封闭空间的一维传热问题。
空气夹层的传热可分成两部分，一是气体的对流传热，二是两片玻璃单片间的辐射传热。
2.1 空气层对流传热封闭空间内自然对流换热问题，与气体层厚度δ和高度l 的影响较大。
在较小的空间里,流体的受热或冷却，是在彼此靠得很近的地方发生的。
靠近热面的流体受热上升，靠近冷面的流体则下降。
用干涉仪所拍的干涉照片[2]可清楚地显示有限空间内气体的干涉条纹，说明气体处于纯导热时的状态。
当冷、热两面温差加大时，气体流动加剧，产生对流换热。
因此，空气夹层内的对流换热部分可以采用有限空间竖直夹层自然对流换热的经验公式来计算。
为了计算方便，引入当量导热系数e λ，根据文献[3]的计算公式：12()ec q t t λδ=- （2） 式中：c q 为单位面积的对流换热量，2/W m ；δ为气体层厚度，m ；1t 、2t 分别为空气层冷热两壁面温度，℃。
当量导热系数e λ用瑞利数Ra 作为其判断准则，瑞利数Ra 定义为：3g t Ra a βδν∆= （3）式中：g 为重力加速度，2/ms ；β为热流体膨胀系数，1()p tρβρ∂=-∂，1/K ；a 为气体热扩散系数或导温系数，2/ms ；ν为气体的运动粘度系数，2/m s 。
根据Ra 的数量级，对于空气的当量导热系数e λ计算如下：e λλ=， 2000Ra <； （4） 11940.18()e Ra lδλλ=， 35610~210Ra =⨯⨯ （5）11390.065()e Ra lδλλ=，56210~1110Ra =⨯⨯ （6）式中：λ为气体导热系数，/()W m K ；l 为气体层高度，m 。
2.2 空气层辐射传热中空玻璃空气层辐射传热部分与两片玻璃的发射率ε有关。
根据文献[3]，空气层可按两无限大平行灰表面计算辐射换热，其计算公式为：4412()r s b q T T εσ=- （7）其中，121111sεεε=+- （8）式中：s ε为空气夹层系统发射率；1ε、2ε分别为室内外侧玻璃单片的发射率；b σ为黑体辐射常数，8245.6710/()bW m K σ-=⨯ 。
因此，中空玻璃气体夹层的传热量q 为以上两部分之和，即：c r q q q =+ （9）2.3 中空玻璃室内外侧对流换热系数文献[4]中规定中空玻璃室外侧换热系数223/()outh W m K = ，室内侧换热系数in h 为：4.43.60.83iin h ε=+2/()W m K （10） 式中：i ε为室内侧玻璃单片的发射率，普通玻璃的发射率为0.84~0.94。
因此，室内侧换热系数in h 可以取82/()W m K 。
3 中空玻璃实例计算分析 3.1 中空玻璃物理模型重庆地区，中空玻璃内充空气；选择建筑上常用的窗户高度1.2m ；以及目前国内常用的中空玻璃空气层厚度6mm 、9mm 、12mm 、14mm 和16mm ；即中空玻璃空气夹层模型考虑5种尺寸。
忽略玻璃厚度，假设空气夹层冷热壁面温度条件分别为室内外的温度，即夏季室内空调设计温度t 1=26℃和夏季空气调节日平均温度t 2=32.5℃[5]来计算。
3.2 按经验公式计算为简化计算，采用定性温度T=30℃，查相关的热物性参数如下：31.165/kg m ρ=； 1.005/()p c kJ kg K = ；522.2910/a m s -=⨯；6216.0010/m s ν-=⨯；Pr 0.701=；29.8/g m s =；0.0267/()W m K λ=311 3.3101/273.1630K T β-===⨯+ 经计算，除了空气夹层厚度16mm δ=时的瑞利数Ra >2000之外，其余4种空气夹层厚度的瑞利数Ra 均小于2000，见表1。
为了更好作比较，5种不同空气夹层厚度的当量导热系数e λ均按公式（4）计算，计算结果见表1。
显然，随着空气夹层厚度的增大，对流换热量逐渐减小。
3.3 FLUENT 数值模拟由于商业软件FLUENT 对封闭空腔自然对流换热模拟方法的可行性以及正确性[6]，为了对比对流换热量，利用商业软件FLUENT 直接对中空玻璃空气夹层自然对流换热进行数值模拟以求取对流换热量。
所使用的热物性参数与上述一致。
本文利用GAMBIT 对空气夹层进行网格剖分，采取非均匀网格节点，壁面处加密，壁面网格剖分见图1。
空气夹层顶部和低部采用绝热边界条件；空气的物性设置密度采用Boussinesq 假设。
压力项、动量方程与能量方程的松弛因子分别设为0.3、0.7与0.8，其余参数的松弛因子为1；压力插值方案选择PRESTO ！格式，压力-速度耦合方程用SIMPLE 算法，动量、能量方程选用二阶迎风格式。
迭代次数在300次内均达到收敛。
表1.计算结果（其中c q 单位：2/W m ）要求，即可用其平均换热量值作为对流换热量的模拟结果。
模拟结果显示：随着空气夹层厚度的逐渐增大，对流换热量模拟结果逐渐减小。
自然对流模拟结果与按经验公式计算结果的比较见表3。
由表3可以发现，不同的模型尺寸，其模拟结果与按经验公式计算结果之间的误差却相近，均在16.66%~ 16.68%之间变化。
因此可以说明，空气夹层的对流换热近似按纯导热处理计算误差不大。
这说明在2000a R <下，将中空玻璃空气层的对流换热近似作为纯导热过程处理，是可以接受的。
即使在空气夹层厚度达到16mm ，瑞利数Ra =2349时，也是可以接受的。
表2.空气夹层自然对流模拟结果（单位：2/W m ）目前，工程上推荐的中空玻璃最佳空气夹层厚度12mm 。
当室内外侧玻璃单片温度一定时，玻璃之间的辐射换热量不随其空气夹层厚度变化，即辐射换热量可认为是一个常数。
因此，中空玻璃的最佳空气夹层厚度应该是使换热量达到最小时的空气夹层厚度。
由表2可知，随着空气夹层厚度δ的增大，对流换热量c q 逐渐减小；在16mm δ=时，c q 达到最小值，即空气夹层的最佳厚度为16mm δ=。
此外，以此类推，再继续增大δ仍能够减小c q 。
采用FLUENT 模拟空气夹层内空气的温度分布如图2~6，可以发现，不同尺寸的空气夹层内空气温度近似为直线变化，这都很好的证明了中空玻璃空气夹层的对流换热部分可以做纯导热处理。
表3.经验公式计算结果与模拟结果对比图1.空气夹层模型壁面网格剖分局部图图3.1200mm×9mm模型不同断面静态温度变化图5.1200mm×14mm模型不同断面静态温度变化图2.1200mm×6mm模型不同断面静态温度变化图4.1200mm×12mm模型不同断面静态温度变化图6.1200mm×16mm模型不同断面静态温度变化4 结束语本文采用空气夹层物理模型对中空玻璃传热系数K值进行计算，尤其是用有限空间竖直夹层内的自然对流换热进行了计算。
采用经验公式计算的结果与FLUENT数值模拟的结果存在差异。
通过模拟不同尺寸空气夹层内的自然对流换热，没有发现对流换热量在模拟的空气夹层厚度内达到最小值这一现象。
同时，缺乏实验的验证，也是本文的遗憾之一。
因此，下一步工作将在此基础上，将通过模拟与实验相结合的方法寻找中空玻璃空气夹层的最佳理论厚度。
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