窗户不同构造的传热系数问题

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1、简介：本文根据不同窗户的构造和材料，通过对窗户玻璃系统和窗框系统传热系数的计算，对窗户传热系数规范取值与计算所得值进行比较并找出其不同的原因。关键字：窗户材料窗框玻璃传热系数本文主要就住宅建筑常用的木窗、钢窗、铝合金窗及塑钢窗的传热系数规范值和计算值不同的原因。《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)中给定的窗户的传热系数为:表--1窗户材料窗户类型空气层厚度(㎜)窗框窗洞面积比(%)传热系数K(W/㎡.K)传热阻RO(㎡.K/W)钢、铝单层窗___20~306.40.16单框双玻璃1220~303.90.261620~30

2、3.70.2720~3020~303.60.28　双层窗100~14020~303.00.33木、塑料单层窗___30~404.70.21单框双玻璃1230~402.70.371630~402.60.3820~3030~402.50.40双层窗100~14030~402.30.43窗户的传热系数可用以下关系式表示：U=Ug+ηf(Uf-Ug)（1）Fg、Ff分别为玻璃与窗框的面积Ug、Uf分别为玻璃与窗框的传热系数现以铝合金单玻窗为例比较并说明规范值和计算值不同的原因。规范中铝合金窗的传热系数为6.4W/㎡.K,单层玻璃(3㎜)λ=

3、0.76W/(M.K)的热阻由公式:R0=1/αe+D/λ+1/αi（2）计算得出为0.162㎡.K/W,传热系数为6.17W/㎡.K。将规范中的铝合金窗的传热系数6.4和玻璃的传热系数6.17以及窗框所占窗户的面积（通常为0.3）代入公式（1）反推出铝合金窗框的传热系数为6.94W/㎡.K。以上为规范中窗户各部分的传热系数值（其中玻璃传热系数的规范值和计算值相同）。我们现在计算铝合金窗框部分的传热系数，下图为典型铝合金窗型材截面。如果窗框外观总宽度及贯通部分的宽度分别为W与Wtr，设内外表面温差Δt，通过贯通宽度Wtr的热流分配给

4、外观宽度W所得的平均热流为：q=Δt/d.λAL.Wtr/W=Δt(D/λAL.Wtr/W)-1如果贯通部分所占比率ηtr=Wtr/W，上式成为：q=Δt（d/λALηtr）-1=Δt/RAL其中：RAL=d/λALηtr即为铝合金窗扇内外表面之间的热阻值；对于图示型材，ηtr=0.038,可求得：RAL=0.029/(230x0.038)=0.00332㎡.K/W,取内外表面换热系数αi=8.74W/㎡.K,αe=23.04W/㎡.K,得铝合金窗框部分的总热阻值为0.161㎡.K/W,传热系数为6.21W/㎡.K。其数值小于规范中

5、的铝合金窗框传热系数6.94W/㎡.K。代入公式（1）中，得铝合金窗户的计算值U为6.182W/㎡.K小于规范中的铝合金窗的传热系数6.4W/㎡.K。比较窗户各部位的传热系数值，得出计算值和规范值不同的主要原因窗框的传热系数值不同。而导致窗框传热系数值不同的主要原因是贯通部分所占比率ηtr取值偏大，从而使窗框的热阻偏小，直接导致窗户的传热系数值偏大。从型材断面中容易看出，真正贯通内外表面的金属实体部分所占比例实际上是很小的，与铝合金传热相比，所形成的空气间隙及其他非金属直接贯通部分的传热相对甚微，完全可以忽略。事实上，单层玻璃、铝合

6、金及其他金属窗框本身的热阻都非常小，这些构件对热量流动的阻碍作用主要来源于内外表面的表面换热阻。因此，规范中的钢、铝等型材的传热系数取值偏大，导致窗户的传热系数偏大。现以铝合金双玻窗（3+12+3）为例比较并说明规范和计算两种方法得出不同的传热系数的原因。假定铝合金窗框的传热系数为6.21W/㎡.K，窗框占窗户面积为0.3，根据规范中铝合金单框双玻璃窗户的传热系数3.9W/㎡.K，通过公式（1）反推出玻璃部分的传热系数为2.91W/㎡.K现计算玻璃部分的传热系数已知玻璃的热阻Rg=D/λ=0.003/0.76=0.0039㎡.K/W

7、空气间隙热阻按美国ASHRAE夏季标准条件（室外温度320C，室内温度240C）为环境温度计算依据，空气层热阻的计算式为：Rgap=(hgr+hgc+hgλ)-1={[6.12/(1/ε1+1/ε2)]+2.13}-1其中hgr、hgc、hgλ分别为玻璃间层中辐射、对流和导热的传热系数对于普通双层玻璃，发射率ε1=ε2=0.84，间层热阻Rgap=0.152㎡.K/W玻璃部分的总热阻为R0=1/αe+D1/λ+Rgap+D2/λ+1/αi对于（3+12+3）双玻系统，考虑玻璃导热及内外表面换热阻后，上式变为：R0=Rgap+0.16

8、6得出玻璃部分的总热阻为0.318㎡.K/W,则玻璃部分的传热系数为3.14W/㎡.K。将Uf=6.21W/㎡.K和Ug=3.4W/㎡.K以及ηf=0.3代入公式（1）得：铝合金双玻窗传热系数的计算值为4.06W/㎡.K大于规范中铝合