窗戶不同構造的傳熱系數(shù)問題

1、簡介：本文根據(jù)不同窗戶的構造和材料，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岀其不同的原因。關鍵字：窗戶材料 窗框玻璃傳熱系數(shù)1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(mm)窗框窗洞面積比(%)傳熱系數(shù)K(W/m2 .K)傳熱阻Ro(m .K/W)鋼、鋁單層窗20306.40.16單框雙玻璃1220303.90.261620303.70.27203020303.60.28雙層窗10014020303

2、.00.33木、塑料單層窗30404.70.21單框雙玻璃1230402.70.371630402.60.38203030402.50.40雙層窗10014030402.30.43窗戶的傳熱系數(shù)可用以下關系式表示:U = Ug+n(Uf-Ug)( 1)X二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)規(guī)范中鋁合金窗的傳熱系數(shù)為6.4 W/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。就.K,單層玻璃(3 mm)入=0.6W/(M.K) 的熱阻由公式Ro=1/ a+ D/ 入 +1/( 2)計算得出為0.162就.K/W,傳熱系數(shù)為6.17 W/就.K。將規(guī)范中

3、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/就.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。Li.LLsL.1. L lk.LLi.1 LL L LlU.LLLIL Ll LLL LIjL>-L.LL LH.k LL4-LI.ILLL LLL. LLLLLk. LLL LLL,JULLl LrULh. LL LLI jLLLIiL'Li.LLL'LlI.fc.LLl.LL

4、. LLLLtk.L LLl. LL L Li.如果窗框外觀總寬度及貫通部分的寬度分別為W與Wtr，設內外表面溫差 At通過貫通寬度 Wtr的-1熱流分配給外觀寬度 W所得的平均熱流為：q= A t/d . al. Wtr/W=A t(D/ aE . Wtr/W)如果貫通部分所占比率nr= Wtr/W，上式成為:1q=A t( d/ Al nr) - = t/RL其中：Ral = d/ AL中即為鋁合金窗扇內外表面之間的熱阻值；對于圖示型材，nr=0.038 ,可求得：Ral =0.029/(230x0.038)=0.00332 就.K/W,取內外表面換熱系數(shù)a =8.74 W/就.K, e=

5、23.04 W/就.K,得鋁合金窗框部分的總熱阻值為0.161就.K/W,傳熱系數(shù)為 6.21 W/就.K o其數(shù)值小于規(guī)范中的鋁合金窗框傳熱系數(shù)6.94 W/就.K。代入公式（1）中，得鋁合金窗戶的計算值U為6.182 W/就.K小于規(guī)范中的鋁合金窗的傳熱系數(shù)6.4 W/就.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

6、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，這些構件對熱量流動的阻礙作用主要來源于內外表面的 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?，F(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/就.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/就.K，通過公式（1）反推出玻璃部分的傳熱系數(shù)為2.91 W/就.K現(xiàn)計算玻璃部分的傳熱系數(shù)已知玻璃的熱阻 Rg=D/入=0.003/0.76=

7、0.0039就.K/W空氣間隙熱阻按美國 ASHRAE夏季標準條件（室外溫度32°C，室內溫度24°C）為環(huán)境溫度計算依據(jù)，空氣層熱阻的計算式為：-1 -1Rgap=（hg+hgc+hg» =6.12心/ 1+1/ 勁+2.13其中hgr、hgc、hgX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)射率滬 £2=0.84，間層熱阻 Rgap=0.152 就.K/W玻璃部分的總熱阻為 Ro=1/ a+ D1/入+Rp+D2/入+1/ a對于（ 3+12+3）雙玻系統(tǒng)，考慮玻璃導熱及內外表面換熱阻后，上式變?yōu)椋篟0= Rgap+0.166 得

8、出玻璃部分的總熱阻為 0.318就.K/W,則玻璃部分的傳熱系數(shù)為3.14 W/就.K o將Uf =6.21 W/就.K和Ug =3.4 W/就.K以及n =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/就.K大于規(guī)范中鋁合金雙玻窗的傳熱系數(shù)值3.9W/就.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

9、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 入=0.17 W/(M.K)，對于厚度為45 mm的松木窗框的熱阻為0.256就.K/W，其內外表面的熱阻為 0.157就.K/W,窗框部分總熱阻為 0.422就.K/W,傳熱系數(shù)為2.37W/就.K。代入公式(1 )中，當n=0.3時，木窗的傳熱系數(shù)為 5.03 W/就.K,當n=0.4時，木窗的傳熱系數(shù)為 4.65 W/就.K?，F(xiàn)取 入=0.11 W/(M.K)，松木窗框的傳熱系數(shù)為1.767W/就.K。同樣，代入公

10、式(1)中，當n=0.3時，木窗的傳熱系數(shù)為4.85 W/就.K,當n=0.4時，木窗的傳熱系數(shù)為4.41 W/就.K o從上面的計算中得知，不同材質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、構造窗戶的傳熱系數(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)的基礎上，可以計算岀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n =0.25備注單玻6.184.895.56n =0.33mm玻璃雙玻4.062.773