真空玻璃热系数计算.doc

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1、一、真空玻璃热导和热阻及传热系数的简单计算方法  1．两平行表面之间的辐射热导可由下式估算  C辐射=ε有效σ(T14-T24)/(T1-T2)(1)式中T1，T2是两表面的绝对温度，单位为K  ε有效是表面有效辐射率  σ是斯忒芬-波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数，其数值为5.67×10-8Wm-2K-4。  在两平行表面温差不大（如数十度）的条件下，可用下面公式(2)计算，误差在百分之一以内。  C辐射=4ε有效σT3     (2)  T是两表面的平均绝对温度。  (1)和(2)式中ε有效为有效辐射

2、率，由下式(3)计算：  ε有效=(ε1-1+ε2-1-1)-1    (3)  式中ε1是表面1的半球辐射率。  ε2是表面2的半球辐射率。  计算例：真空玻璃的一片玻璃是4mmLow-E玻璃，辐射率为0.10，另一片是4mm普通白玻，辐射率为0.84，  则可算出ε有效=(10+1.19-1)-1=0.098  按我国测试标准，  室内侧温度：T1=18+273=291K  室外侧温度：T2=-20+273=253K  平均温度：T=272K  公式(2)可简化为C辐射=4.564ε有效  据此可算出C辐射=0.44

3、7Wm-2K-1  R辐射=1/C辐射＝2.237W-1m2K  2．圆柱支撑物热导可由公式(4)计算  式中λ玻为玻璃导热系数，约为0.76Wm-1K-1  h为支撑物高度，单位为m   a为支撑物半径，单位为m  b为支撑物方阵间距，单位为m  λ支撑物为支撑物材料的导热系数，单位为Wm-1K-1  目前国内外均选用不锈钢材料制作支撑物，使得λ支撑物比λ玻大20倍以上，支撑物高度h又比半径a小，故公式(4)可简化为  计算例：当支撑物选用a=0.25mm,h=0.15mm方阵间距b=25mm  则C支撑物=0.608

4、Wm-2K-1  我国新立基公司的专利采用环形(又称C形)支撑物，热导还可比上述计算值小10%至20%。此例中  C支撑物可按0.50Wm-2K-1计，则  支撑物热阻  正在研制的支撑物半径a=0.125mm，则C支撑物将减小一倍，为0.25Wm-2K-1  3．真空玻璃中的残余气体热导  真空玻璃生产工艺要求产品经过350℃以上高温烘烤排气，不仅把间隔内的空气(包括水气)排出，而且把吸附于玻璃内表面表层和深层的气体尽可能排出，使真空层气压达到低于10-1Pa(也就是百万分之一大气压)以下，这样残余气体传热才可以忽略不

5、计。    实验证明，在使用过程中，温度升高和阳光照射还会使玻璃表层放出水气和CO2等气体，破坏真空度，破坏真空玻璃热性能。因此，在真空玻璃中还需放入吸气剂来不断吸收这些气体，以确保真空玻璃的长期寿命。  理论上，在气压低到气体分子平均自由程远大于真空玻璃间隔时，气体热导可用公式(6)计算。  式中a=a1a2/[a2+a1(1-a2)]为气体综合普适常数  其中a1和a2分别为两个表面的气体普适常数  P是气体压强，单位为Pa  γ是气体的比热容比  T为间隔内两表面温度的平均值  M是气体的摩尔质量  R是摩尔气体常

6、数  对于常温下的空气(含水气)a=0.5，可得到：  C气=0.375       (7)  C气单位：Wm-2K-1  由此可见  当P=0.1Pa时 C气=0.0375Wm-2K-1  当P=1Pa时 C气=0.375Wm-2K-1  以1中计算例的辐射率为0.10的单LOW-E膜真空玻璃的计算结果：  辐射热导：C辐射=0.447Wm-2K-1  由2中支撑物热导C支撑物=0.50Wm-2K-1  如果P=0.1Pa，则真空玻璃热导：  C真空=C辐射+C支撑物+C气  =0.447+0.50+0.0375  =

7、0.9845(Wm-2K-1)  可算出C气在C真空中占的比例约为百分之四  如果P=1Pa，则可算出此比例将接近30%，此时C气的值已接近C辐射或C支撑物，而且随着真空玻璃内表面的放气，C气还会不断增大，逐渐使真空玻璃的性能变坏，这显然是不可接受的。所以如前所述，真空玻璃的生产工艺必须确保真空度达到并保持小于10-1Pa的水平。这样残余气体传热的影响才能小到可忽略的程度。  4．玻璃板的热导和热阻的计算  由于钠钙玻璃(建筑玻璃)导热系数λ玻约为0.76Wm-1K-1，当厚度为h时，玻璃热导  C玻=λ玻/h,热阻R玻

8、=1/C玻=h/λ玻，常用玻璃板的热导和热阻如表1所示：  5．真空玻璃热阻和热导的计算有了以上1-4中的数据，可以简便地估算真空玻璃的热导和热阻，图3为真空玻璃热阻构成示意图。 　R1为内玻璃板热阻  R2为外玻璃板热阻  R辐射为辐射热阻  R支撑物为支撑物热阻  R气为残余气体热阻  R真空为真空玻璃热阻  如