中空玻璃热工性能影响因素模拟研究

中空玻璃占门窗幕墙面积70%以上，对门窗幕墙节能具有重要意义。空气层、低辐射膜层、填充气体、真空技术、暖边技术等对中空玻璃热工性能有何影响？本期探讨此话题，不妥之处敬请指正！

1、空气层厚度和层数对中空玻璃热工性能

影响研究

1.1 不同空气层厚度时中空玻璃热工性能研究

采用5+A+5中空玻璃系统，空气层厚度依次取为6、7、8……23mm，计算传热系数(K值)、可见光透射比、太阳能总透射比；不同空气层厚度的5+A+5中空玻璃传热系数计算结果见图1。

可以看出，随着空气层厚度增加，传热系数呈现“高—低—高”的趋势，最佳空气层厚度为12~16mm。常温下密闭空腔导热系数约为0.023W/(m·K)，中空玻璃正是利用该特点设计的。

但随着空气层厚度增加到一定程度，密闭空气产生对流加速热传递，导致中空玻璃传热系数呈现先减小再增大的趋势。

计算结果还表明，空气层厚度对可见光透射比、太阳能总透射比无影响。

1.2 不同玻璃层数时中空玻璃热工性能研究

采用单片5mm玻璃，设计为单层玻璃、双玻中空玻璃、三玻中空玻璃、四玻中空玻璃，计算传热系数、可见光透射比、太阳能总透射比，结果见图2和图3。

可以看出，随着空气层数增加，传热系数、可见光透射比、太阳能总透射比均呈现降低趋势。其中传热系数降低幅度最大，且随着空气层数增加降低幅度趋缓；可见光透射比、太阳能总透射比均成近似线性趋势降低。

2、低辐射膜层对中空玻璃热工性能影响研究

低辐射膜层可有效降低红外辐射传热，重点研究不同Low-E膜层和膜层位置对中空玻璃热工性能的影响。

2.1 Low-E膜层对中空玻璃热工性能影响研究

为方便比较，计算统一取Low-E膜层位于5+12A+5中空玻璃的第2面进行计算，计算结果见图4和图5。

从图4可以看出，低辐射膜层相比无膜层可有效降低中空玻璃的传热系数，降低效果与三玻中空玻璃接近，但单银、双银和三银结果差别不大，表明增加银膜层数对降低传热系数效果有限。

从图5可以看出，低辐射膜层可有效降低可见光透射比、太阳能总透射比，单银、双银和三银膜层中空玻璃的这几个参数近似呈线性降低趋势，遮阳系数分布为0.3~0.6。因此，单银、双银和三银可作为南方地区控制玻璃太阳得热系数的重要手段。

2.2 Low-E膜层位置对中空玻璃热工性能影响研究

取某单银Low-E中空玻璃，分别计算膜层位于不同位置时的热工性能，计算结果见图6和图7，其中1#位置为室外侧，2#位置为中空玻璃空气层的室外侧，3#位置为中空玻璃空气层的室内侧，4#位置为室内侧。

从图6可以看出，膜层位于中空玻璃内空气层侧，即2#和3#位置时，传热系数相等且最低；从图7可以看出，膜层位置对可见光透射比没有影响，太阳能总透射比位于2#位置时最低，位于3#位置时最高。

3 填充气体对中空玻璃热工性能影响研究

3.1 不同种类填充气体对中空玻璃热工性能影响

选取空气(Air)和不同种类的惰性气体[氩气(Ar)、氪气(Kr)和氙气(Xe)]作为填充气体，计算5+12A+5中空玻璃的传热系数、可见光透射比、太阳能总透射比，传热系数计算结果见图8。

从图8可以看出，惰性气体相比空气可降低传热系数值约0.15~0.25W/(m2·K)，按玻窗比70%计算对整窗传热系数的降低值约为0.1~0.2 W/(m2·K)。

不同惰性气体对传热系数降低的结果与分子量成线性比例，对传热系数降低结果贡献差异不明显[差值在0.1 W/(m2·K)以内]。

不同填充气体对可见光透射比、太阳能总透射比无影响。

3.2 不同比例惰性气体对中空玻璃热工性能影响

计算中空玻璃填充不同比例氩气(Ar)时的热工性能，氩气(Ar)填充量分别为0%(100%Air)、70%、80%、90%和100%，计算结果见图9。

从图9可以看出，惰性气体填充比例与传热系数降低幅度近似呈线性关系，因此在填充惰性气体时，惰性气体的填充比例越高越好，通常要求在85%以上。

4 真空层对中空玻璃热工性能影响研究

4.1 真空玻璃热工性能研究

每家真空层厚度一般为定值，因此不对真空层厚度进行研究；真空玻璃传热系数计算结果见图10，可见光透射比、太阳能总透射比计算结果见图11。

注：图10和图11中编号与对应的玻璃配置如下：1-5+12A+5；2-5+V+5；3-5单银Low-E+V+5；4-5双银Low-E+V+5；5-5三银Low-E+V+5。

从图10和图11可以看出，普通真空玻璃可降低普通中空玻璃的传热系数0.5 W/(m2·K)，Low-E真空玻璃可与普通中空玻璃比传热系数可降低2.0W/(m2·K)，单银、双银、三银Low-E真空玻璃传热系数差异相对较小。

真空玻璃和Low-E真空玻璃的可见光透射比、太阳能总透射比均呈近似线性降低。

4.2 复合真空玻璃热工性能研究

计算普通真空玻璃、Low-E真空玻璃与中空玻璃复合后的热工性能，结果见图12和图13。

注：其中编号与对应玻璃配置如下：1-5+12A+5；2-5+12A+5+V+5；3-5+12A+5单银Low-E+V+5；4-5+12A+5双银Low-E+V+5；5-5+12A+5三银Low-E+V+5。

从图12和图13可以看出，普通复合真空玻璃相比普通中空玻璃传热系数可降低约1.0 W/(m2·K)，Low-E复合真空玻璃比普通复合真空玻璃传热系数可降低约2.0W/(m2·K)，单银、双银和三银Low-E复合真空玻璃传热系数相对差异不大。可见光透射比、太阳能总透射比均呈减小趋势。

5 暖边技术对中空玻璃热工性能影响研究

传统的槽铝式间隔条和暖边间隔条(TGI间隔条)中空玻璃室内边缘的最低温度计算结果见图8，不同间隔条框扇节点传热系数计算结果见图9。

从图8可以看出，采用TGI暖边间隔条的中空玻璃边缘内表面温度相比传统槽铝式间隔条可提高约2℃，从而有效地降低了建筑外窗中空玻璃边缘结露的可能性。

从图9可以看出，该铝合金窗框扇节点在采用TGI暖边间隔条后，相比传统的槽铝式间隔条整个节点的传热系数从3.58降至3.12，降低0.46，按框窗比30%计算可降低整窗传热系数约0.1-0.15W/(m2·K)。

6、结论

通过对中空玻璃热工性能影响因素的模拟研究，可得结论如下：

(1) 中空玻璃空气层最优厚度为12mm~16mm；随着空气层数增加，传热系数降低幅度最大，但降低幅度趋缓；传热系数、可见光透射比、太阳能总透射比呈线性降低趋势。

(2) 5Low-E+12A+5中空玻璃比普通中空玻璃可降低传热系数0.8~1.0W/(m2·K)；多层低辐射膜对降低传热系数降低效果差异不大，但可有效降低太阳得热系数。

膜层位于中空玻璃空气层内侧，即2#和3#位置时，传热系数相等且最低；太阳能总透射比在膜层位于2#位置时最低，位于3#位置时最高。

(3) 惰性气体相比空气可降低传热系数值约0.15~0.25W/(m2·K)，对整窗传热系数的降低值约为0.1~0.18 W/(m2·K)；不同惰性气体对传热系数的影响差异不明显。

(4) 普通真空玻璃可降低普通中空玻璃传热系数约0.5W/(m2·K)，Low-E真空玻璃可与普通中空玻璃比传热系数可降低2.0W/(m2·K)，单银、双银、三银Low-E真空玻璃传热系数差异相对较小。

普通复合真空玻璃相比普通中空玻璃传热系数可降低约1.0W/(m2·K)，Low-E复合真空玻璃比普通复合真空玻璃传热系数可降低约2.0W/(m2·K)，单银、双银和三银Low-E复合真空玻璃传热系数相对差异不大。

(5) 采用暖边间隔条的中空玻璃边缘内表面温度相比传统槽铝式间隔条可提高约2℃，从而有效地降低了建筑外窗中空玻璃边缘结露的可能性；暖边间隔条可降低铝合金窗传热系数约0.1-0.15W/(m2·K)。

参考文献：

万成龙,王洪涛,孙诗兵,王丽丽.中空玻璃热工性能影响因素模拟研究[J].建设科技.2014,No.01

门窗万语

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