關(guān)于三種不同玻璃材料的熱工特性研究綜述

關(guān)于三種不同玻璃材料的熱工特性研究綜述1、前言21世紀以后，社會實行以建筑能源的可持續(xù)性為主題的建筑節(jié)能。就我國目前典型的建筑圍護構(gòu)造部件而言，門窗的能耗約為墻體的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，約占建筑圍護部件總能耗的40%～50%。從建筑節(jié)能角度來看，整個建筑的能量損失中，其中約50%是在門窗上的能量損失。而在建筑圍護構(gòu)造的四大圍護部件中，包括門窗、墻體、屋面、地面，其中門窗的絕熱性能最差，它是影響室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量以及建筑節(jié)能的關(guān)鍵性因素之一。因此，增強門窗的保溫隔熱性能，減少門窗的能耗，減少通過玻璃的能耗最為重要，用于改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，進步建筑節(jié)能程度。由此可以分析可知，門窗屬于圍護構(gòu)造中的薄弱環(huán)節(jié)，應從增加熱阻，減少空氣浸透量、窗型及窗墻比設計、遮陽技術(shù)等方面來進步門窗的保溫隔熱性能。玻璃在建筑能耗上其關(guān)鍵性作用，對玻璃的熱工性能進展研究，目的就是降低門窗的傳熱系數(shù)，最終為了減少建筑的能耗。本研究擬對這三種材料的熱工特性進展深化地比照研究，從技術(shù)、經(jīng)濟等方面進展綜合評估，目的是對建筑圍護構(gòu)造的節(jié)能理論提供指導意義。從前人研究和各類玻璃的標準中可以理解到，不同的玻璃熱工特性不同，主要的性能也不同。對于中空玻璃，由于中間有枯燥的空氣層，所以保溫性較好。同時中空玻璃與室內(nèi)空氣接觸的內(nèi)層玻璃受空氣隔層影響，即使外層接觸室外溫度很低，也不會因溫差在玻璃外表結(jié)露。中空玻璃適用于高檔建筑物的門窗、天棚、需要隔音的學校、醫(yī)院、體育場館等場所。而對于電致變色玻璃，可以按照人員要務實現(xiàn)對太陽光的動態(tài)調(diào)節(jié)，然后通過適當?shù)目刂瓶梢哉{(diào)節(jié)太陽光的輸入，到達最大限度降低窗戶在建筑中的能耗和提供人員的舒適性。同時其可以降低夏季空調(diào)的負荷和可減少冬季采暖的能耗，而且對光線的透過率連續(xù)可調(diào)，對可見光的反射率很低。有些并且可以利用太陽能電池供電，可進一步節(jié)省能源。中國氣候條件的特殊性會對窗戶控制太陽輻射得熱要求較高，因此對于電致變色玻璃窗的研究具有重要意義。然而玻璃貼膜作為一種新型方式對于已有的建筑門窗玻璃的節(jié)能改造，也可適用于新建大樓玻璃幕墻的節(jié)能降耗，應用范圍廣。一般單向透視膜擁有隔熱率高、節(jié)能效果顯著的特點，一層貼膜相當于大約30cm磚墻的隔熱效果，可以阻止高達50%-90%的可能通過玻璃窗戶進入屋內(nèi)的熱量。許多公共場所的建筑選擇使玻璃貼膜來解決建筑節(jié)能平安和能耗問題，但目前市場普及率和實際使用率不高。不同的場合和不同的建筑會使用不同的玻璃來改善建筑的熱環(huán)境，因此本文根據(jù)三種玻璃包括中空玻璃、電致變色玻璃、貼有單向透視膜的玻璃不同的熱工特性來系統(tǒng)的分析，最后得到不同玻璃的傳熱規(guī)律。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于窗戶的能耗在建筑整體能耗中占了很大局部，所以對建筑中外窗的傳熱過程的研究引起了眾多研究者的重視。大多數(shù)研究總結(jié)起來，對窗戶玻璃的研究主要包括對不同玻璃各項熱工特性能參數(shù)的研究，包括傳熱系數(shù)、熱阻、太陽得熱系數(shù)或者遮陽系數(shù)等。對窗戶玻璃熱工特性的研究符合有關(guān)窗戶能耗的標準，例如GB/T8484-2022?建筑外窗保溫性能分級及檢測方法?中根據(jù)傳熱系數(shù)的大小將窗戶的保溫性能分級，級別越高保溫越好。研究方法包括數(shù)值模擬和實驗靜態(tài)測量，通過理論研究建立數(shù)學模型，然后對門窗玻璃的傳熱過程進展模擬計算，一般模擬計算中將窗戶的傳熱系數(shù)U和遮陽系數(shù)SC〔遮陽系數(shù)為某一窗系統(tǒng)在入射角為0度時的太陽得熱與標準玻璃在入射角為0度時的太陽得熱的比值，不同厚度不同品種的玻璃窗的太陽得熱采用遮陽系數(shù)SC進展修正〕作為輸入量，我國取3mm普通玻璃作為標準玻璃與它們比擬其傳熱才能，評價各種玻璃的熱工性能，繼而分析窗戶傳熱對整體建筑能耗的影響。國內(nèi)關(guān)于中空玻璃熱工特性的研究主要側(cè)重于玻璃的節(jié)能原理、節(jié)能特性的影響因素等等，側(cè)重于實際工程的應用。郭紅等分析了中空玻璃的節(jié)能特性的影響因素，包括構(gòu)造組成、節(jié)能原理、玻璃類型、夾層厚度和夾層氣體等，并選用了最正確的節(jié)能效果的中空玻璃組合。潘偉分析了Low-E中空玻璃通過調(diào)節(jié)遮陽系數(shù)，來滿足不同氣候環(huán)境地區(qū)節(jié)能要求。童樹庭等人討論了影響中空玻璃隔熱功能的各種因素，中空玻璃的外層使用Low-E玻璃，由于其半球輻射率可低至0.10～0.23，對遠紅外輻射反射率高，對近紅外輻射反射率低。在夏天，它能將產(chǎn)生熱效應的大局部紅外輻射擋在窗外，阻斷熱量向內(nèi)層玻璃的輻射，而在冬天，當室內(nèi)溫度高于室外溫度時，室內(nèi)溫度較高的物體和墻體發(fā)射的遠紅外線遇到窗上的Low-E玻璃時，可以有約90%反射回室內(nèi)，從而起到了保溫作用。孟慶林、王厚華等人求得了空氣層熱阻的理論解，同時得出空氣夾層厚度與傳熱阻的大小有著直接的聯(lián)絡。運用空氣夾層的節(jié)能技術(shù)提供科學地理論根據(jù)。OrhanAydin采用符合實際的邊界條件來數(shù)值來模擬中空玻璃窗的綜合傳熱，同時對空氣層充填惰性氣體后的保溫性能進展分析。通過文獻可以分析降低玻璃的傳熱性能可采用3種重要的技術(shù)手段：中空的Low-E玻璃、內(nèi)充氬氣、配上暖邊技術(shù)。電致變色玻璃是一種新型的功能調(diào)光玻璃，通過改變電流的大小可以調(diào)節(jié)透光率，實現(xiàn)從透明到不透明的調(diào)光，是智能型的建筑功能材料。該類玻璃玻璃的制造是利用現(xiàn)有的夾層玻璃，將光膜結(jié)實黏結(jié)在兩片普通浮法玻璃之間構(gòu)成。梁慶，徐剛等分析了電致變色玻璃窗的控制方式對建筑物能耗的影響，無論是電致變色/白玻，還是電致變色/Low-E中空玻璃，選擇適當?shù)目刂品绞娇梢越档徒ㄖ锏哪芎?。陳怡，徐征等分析和比擬各種不同適用于建筑節(jié)能的大面積〔1.0mtimes;1.0m〕智能電致變色玻璃技術(shù)，同時展示電致變色玻璃的優(yōu)缺點。李崢嶸等分析了通過采用眩光控制的電致變色玻璃窗在不同氣候區(qū)對太陽直射輻射透過量以及散射輻射透過量的影響。結(jié)果說明白玻璃窗總輻射透過量與電致變色玻璃窗的透過量的比值范圍為9.5～18，相對于散射輻射透過量，電致變色玻璃對直射輻射透過量的影響較大；以電致變色材料為核心的智能窗〔SW〕是新一代節(jié)能材料，不僅可以動態(tài)地調(diào)節(jié)太陽能的輸出或輸入和可見光譜，還可以自動調(diào)控顏色、調(diào)光和調(diào)溫，具有高效、低能耗、綠色環(huán)保、智能化的特點，大大減少了建筑物的能量負荷，符合當前節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟的開展要求。目前，美國等已經(jīng)對電致變色器件的節(jié)能效果展開評價，結(jié)果顯示利用這種裝置可以節(jié)約44%～59%能源。一般建筑隔熱膜的基片是由多層堅韌的聚酯薄膜組成，田學春，劉鯨等提到以節(jié)能為主要目的建筑隔熱膜，又分為熱反射膜和低輻射膜。熱反射膜貼在玻璃外表使房內(nèi)能透過一定量的可見光，對于通常建筑物來說，可見光透過率保持在20%-50%之間為宜，可以做到既不會影響采光，又可以減少眩光的目的。普通的6mm玻璃裝貼隔熱膜處理后，進入室內(nèi)的太陽光熱量可以減少40%-60%，同時具有高紅外線反射率、低太陽能熱量獲得系數(shù)，建筑隔熱膜在炎熱的夏季能保持室內(nèi)溫度不會升高太多，從而降低建筑能耗。低輻射膜能透過一定量的短波太陽輻射能，使太陽輻射熱進入室內(nèi)，同時又能將90%以上的室內(nèi)物體熱源輻射的長波紅外線反射回室內(nèi)，寒冷季節(jié)冬天可以用于保溫到達節(jié)能效果。在炎熱夏日已貼玻璃膜房間的室內(nèi)溫度要比普通房間低4-6度；冬天那么剛好相反會高4-6度，使室內(nèi)生活更舒適。夏季隔熱達80%，冬天保溫，降低熱損耗達50%，大大節(jié)省能耗支出。3、結(jié)論綜上所述，三種玻璃有不同的應用場合，從傳熱特性角度分析，主要集中于玻璃不同的透射率、傳熱系數(shù)等方面。中空玻璃根據(jù)中間氣體層的厚度、氣體種類不同，傳熱系數(shù)也不同，該玻璃常使用在醫(yī)院、體育場館，相對于普通玻璃，氣體層增加傳熱阻力，減少傳熱系數(shù)。電致變色玻璃通過有效的控制可以改變光的吸