简论建筑门窗传热系数检测及影响因素

史婧慧

【摘 要】对节能越来越重视的今天，门窗玻璃作为外窗最主要的组成部分，其传热系数对门窗保温的影响是最重要的，近些年已经在建筑上得到了极其广泛的使用，特别是幕墙工程中外墙占比非常高，深入分析和掌握中空玻璃传热系数，能够发挥门窗玻璃最佳的节能性能。

【关键词】建筑门窗；传热系数；系数检测

一、中空玻璃的传热过程

中空玻璃的传热过程包含了辐射传递、对流传递、传导传递这三种基本的传热机理及复杂的交互作用过程。辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行的传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射，高温物体向低温玻璃辐射的热量与物体的辐射发射率有关，玻璃的辐射发射率较大，如果在玻璃上镀上一层低辐射膜，便可使其辐射的热量减少，起到保温作用。对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，造成能量的流失。传导传递是由于温度不同的相邻的质点发生碰撞和电子迁移，带动能量进行运动，而达到热传递的目的。中空玻璃对能量的传导传递是通过玻璃和其内部的空气来完成的。

二、建筑门窗传热系数的构成

门窗传热系数是评定门窗热流动性能的最重要的依据之一，是表征门窗保温性能的重要指标。一般情况下，要想让降低室内温度因为室外温差而造成的热量流动状况，就必须对门窗的热绝缘系数进行提高或者把门窗的传热系数进行降低。就目前我国普通居民所安装的窗户来看，其基本的构成部分主要有玻璃和框扇，窗户传热系数的降低和这两部分的构成具有密切关系。当窗户的玻璃以及框扇的传热系数都呈现比较小的状态时，整个窗户的传热系数自然而然就会比较小；玻璃的传热系数一般情况下都基本差不多，因此在影响窗户传热系数的因素中，窗框的传热系数对其的影响比较大，因此当窗框的传热系数比较大时，为了实现窗户的总体传热系数的降低要尽可能的对窗框的面积进行缩小，相反，当窗框传热系数较小时，其面积越大对于窗户整体传热系数的降低越有利。

三、真空玻璃传热系数影响因素

1、真空玻璃结构

真空玻璃是一种新型的节能玻璃，它由2块平板玻璃构成，玻璃板之间用高度为0.1～0.2mm的支撑物呈矩阵排列隔开，四周使用玻璃焊料将2片玻璃封接起来，其中1片玻璃上留有抽气孔，真空排气后用金属片将抽气口封住形成真空腔。真空玻璃的原片可以用普通玻璃，也可以用钢化或半钢化玻璃，为了提高热工性能，通常选用1片或2片低辐射膜玻璃（Low-E玻璃），为提高安全性，也可以将真空玻璃通过中空或夹胶的方式与另外1片玻璃组合成“复合真空玻璃”。

2、支撑物对真空玻璃传热系数的影响

为不影响窗玻璃的透明感，真空玻璃内支撑物必须足够小，当其在明视距离0.25m外，对人眼的张角<0.1°时，人眼难以分辨。而且支撑物尺寸越小，则与玻璃的接触面积越小，支撑物热导也越小。支撑物的形状要求360°对称，圆柱形或圆环形最好，为了布放时不会直立，圆柱周边为鼓形。另外，玻璃类支撑物一般采用点布和丝网印刷工艺，很难保证其高度和形状均一，制成的真空玻璃很容易因应力不均匀而破裂。

3、玻璃辐射率和支撑物对真空玻璃传热系数的综合影响

玻璃辐射率和支撑物间距对玻璃U值影响均较大，其中玻璃辐射率对玻璃U值影响更大。当支撑物间距不变时，随着玻璃辐射率减小，玻璃辐射热导C辐射和U值均成倍降低。当玻璃辐射率不变时，支撑物间距越大，支撑物热导C支撑物越小。当玻璃辐射率很低时（如0.01～0.03），支撑物热导C支撑物对U值的影响起主要作用，降低C支撑物成为降低U值的关键因素。

四、窗框对传热系数的影响

（1）由于窗系列越大，窗框厚度越大，框传热系数越大，当室内外温度一定时，窗系数越大，单位时间内通过窗框向室内传递的热量就越少，从而导致其遮阳系数越小，所以当其它条件一定时，随着窗系列数的不断增大，窗框遮阳系数值不断减小。（2）铝型材本身导热系数较大，保温性能差，而复合型材采取一定的結构配合形式后可以兼顾材料各自的优势，满足装饰效果、保温性能、隔热性能等要求。木材、玻璃钢、铝合金、PVC四种材料中木材导热系数最小，玻璃钢、PVC次之，铝合金最大，相关研究发现采用铝合金与木材或PVC复合设计后，复合门窗传热系数可以减小到3.0W/（m2·℃）以下，而铝合金型材即使配上现在普遍使用的中空玻璃，传热系数也只能达到4.0W/（m2·℃）左右，因此同系列中，复合型材窗框可以提高窗整体的保温性能，从而得到较好的遮阳效果。

五、玻璃传热系数的检测方法

1、标定热箱法

（1）适用范围。

热箱法适用于实验室内检验非均质垂直试件以及水平试件的传热系数或热阻，试件的检测取决于空气温度和气流速度，还有试件表面温度和总半球发射率，不适用于测定特殊构件以及试验过程中有穿过试件的传质现象的测量。

（2）检测原理。

采用标定热箱法检测，是在一维稳定传热的基础上形成的，试件两侧模拟均匀温度的流动空气的边界条件，在各自保持相对稳定和平衡的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量加热器的发热量，减去通过热箱外壁和试件框的热损失，除以试件面积与两侧空气温差的乘积，即可计算出中空玻璃的传热系数U值。

（3）检测设备和样品要求。

检测装置与检测门窗保温性设备相同，主要由热箱、冷箱、试件框、探温系统和环境空间五部分组成，本实验方法的特殊之处在于要在安装阶段多出不锈钢支架用以固定样品。试件宜为800mm×1250mm的玻璃板块，对于超过此面积的试件框，需要用已知热导率的模塑聚苯板进行填充，这就增加了本实验中数据的不确定性。

2、热流计法

（1）检测原理。

热流计法测定导热系数时，被测试样在稳定状态下，热流计和试样中心测量部分，具有一维恒定热流，此时测量冷热板热流计输出的热流密度和表面温度值，就可以计算出任意平均温度下的传热系数。热流计测量装置需要通过已知热阻的标准试样标定热流量，这是一种间接或相对的方法。

（2）检测设备和样品要求。

热流计测量装置由主体、冷热源和测控系统组成，为符合GB/T10295的对称布置的单一试样装置或双试样装置。单一试样测量装置由一个加热单元和一个冷却单元构成，分别位于试样的两侧，冷却单元的表面与加热单元的表面尺寸相同。热流计分别位于被测试样或校正试样冷热表面的中央。双试样测量装置由一个加热单元和两个冷却单元构成，加热单元置于被测试样和对照试样之间，标定时，校正试样应放在被测试样位置，将热流计放在被测试样或校正试样和对照试样的每一侧。

热流计法测试中空玻璃传热系数在实际中应用较少，因为这是一种相对的测量方法，是以已知热阻的试样来估算被测试样的热阻，所以可能存在较大误差。传热过程与试件上的温差有关，根据中空玻璃的特性，我们未知其温度和传热性质的关系，所以尽可能选择温差小的，但是如果温差较小，温差测量的准确度就会降低，所以应根据所在地区的气候状况来取值。采用热流计法测试中空玻璃传热系数应主要注意：边缘热损失的影响，需要采取边缘绝热材料等有效措施使之减少到最小；热流计的标定，标定系数的准确可以有效的减少由于侧向热损失或热吸收对测试结果的影响。

3、采集数据的选取

數据采集点的选择对于确保数据的准确性具有重要意义，检测次数过少不能排除数据偶然性的影响，对于准确数据的获得产生一定的阻碍。在对数据进行采集时要依据相关的标准，所测量数据的次数应在传热稳定后，每30min测量一次，不应该少于六次。为了减少检测设备对检测结果的影响，在对检测设备正式运用前，应该把相关设备进行预热处理，像电脑、功率表等。对于制冷机的预处理方式和其它设备的处理方式有一定的差异，一般情况下它不需要进行预热。在进行热传系数进行检测的过程中电暖器所用电源应该单独设置，如果没有特殊要求，可以把其电源电流设置为直流。除此之外，在电暖器的应用过程中还应该保持其所带有的按钮开关的畅通。

结束语

中空玻璃作为窗户和幕墙最重要的组成部分，在目前节能设计越来越高的情况下，通过对材料传热过程的分析，我们可以将新材料、新结构、新技术作为研究开发的方向。

参考文献：

[1]张瑞宏.真空平板玻璃传热性能及支撑应力研究[D].北京：

中国农业大学博士学位论文，2005.

[2]刘甜甜，许海凤，侯玉芝，等.国内外玻璃窗节能标准及能效评价方法[J].

建筑技术，2012，4（7）：619.