三層玻璃窗與雙層玻璃窗實(shí)用性比較

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1、（鄭州旅游職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450009）［摘要］本文就三層玻璃窗和雙層玻璃窗在阻止熱量損失方面的功效作出定量分析.通過(guò)對(duì)雙層玻璃窗和三層玻璃窗節(jié)約熱量的百分比作出較，以及綜合分析制作費(fèi)用和實(shí)用性因素，最后得出結(jié)論，雙層窗比三層窗在日常生活中更實(shí)用。［關(guān)鍵詞］三層玻璃窗；雙層玻璃窗；單層玻璃窗；熱量損失1問(wèn)題的提出北方地區(qū)由于其惡劣的自然環(huán)境,在城鎮(zhèn)的有些建筑物的窗戶是雙層的，即窗戶上裝兩層玻璃且中間留有一定空隙，（如圖1-1所示）兩層厚度為d的玻璃夾著一層厚度為l的空氣。據(jù)說(shuō)這樣做是為了保暖，即減少室內(nèi)向室外的熱量損失。因此我們自然聯(lián)想到如果使用三層玻璃窗是不是比雙層

2、玻璃窗在熱量損失方面功效更加明顯些，而成本費(fèi)用卻增加較少呢？現(xiàn)在建立一個(gè)模型來(lái)描述熱量通過(guò)窗戶的傳導(dǎo)（即流失）過(guò)程,分別將三層玻璃窗（如圖1-2所示）與用同樣多材料作成的雙層玻璃窗（如圖1-3所示，玻璃的厚度為1.5d）的熱量傳導(dǎo)和雙層玻璃窗與用同樣多材料作成的單層玻璃窗（如圖1-4所示，玻璃的厚度為2d）的熱量傳導(dǎo)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)雙層玻璃窗和三層玻璃窗能減少多少熱量損失方面給出定量分析的結(jié)果。(3)對(duì)于厚度為2d的單層玻璃窗，容易寫出其熱量傳導(dǎo)為：Q2＝K1(T1-T2)/2d二者之比為Q″/Q2=2/s+2(4)(5)顯然Q″

3、熱量損失小。3.2三層玻璃窗與雙層玻璃窗在阻止熱量損失方面的功效比較記三層玻璃窗最內(nèi)層玻璃的外側(cè)溫度是Ta'，中間層玻璃的內(nèi)側(cè)溫度是Tb′，外側(cè)溫度是Tc′，最外層玻璃的內(nèi)側(cè)溫度是Td′，玻璃的熱傳導(dǎo)系數(shù)是K1，空氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)是K2，三層玻璃窗的每層厚度為d，雙層玻璃窗的每層厚度為1.5d，同樣由熱傳導(dǎo)公式，單位時(shí)間單位面積的熱量傳導(dǎo)（即熱量流失）為Q′=K1(T1-Ta′)/d=K2(Ta′-Tb′)/l=K1(Tb′-Tc′)/d=K2(Tc′-Td′)/l=K1(Td′-T2)/d(2′)即T1-Ta′=Tb′-Tc′=Td′-T2lK1(T1-Ta′)/d=K

4、2Ta′-Tb′∴Tb′=Ta′-lK1(T1-Ta′)/dK2Tc′=2Ta′-lK1(T1-Ta′)/dK2-T1Td′=T1-Ta′+T2又Ta′-Tb′=Tc′-Td′∴Ta′=（[2dK2+2lK）1T1+dK2T2]/3dK2+2lK1代入化簡(jiǎn)，可得：Q′=K1K2(T1-T2)/3dK2+2lK1(3′)對(duì)于厚度為1.5d的雙層玻璃窗，同樣易寫出其熱量傳導(dǎo)為：Q3=K1K2(T1-T2)/3dK2+lK1二者之比為：Q′/Q3=3dK2+lK1/3dK2+2lK1（5′）令s=hK1/K2h=l/d則Q′/Q3=s+3/2s+3(6′)顯然Q'＜Q3，即三

5、層玻璃窗的熱量損失比用同樣多材料的雙層玻璃窗的熱量損失小。為了得到更具體的結(jié)果，我們需要K1和K2的數(shù)據(jù)，從有關(guān)資料可知，常用玻璃的熱傳導(dǎo)系數(shù)K1=0.004∽0.008（焦耳/厘米.秒.度），不流通，干燥空氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)k2=0.00025（焦耳/厘米.秒.度），于是K1/K2=16∽32。在分析三層玻璃窗和雙層玻璃窗比單層玻璃窗可減少多少熱量損失時(shí)，我們做最保守的估計(jì)，即取K1/K2=16，由（3）（5）式和（6′）式，可得：Q″/Q2=1/8h+1，Q′/Q3=16h+3/32h+3h=l/d比值Q″/Q2，反映了雙層玻璃窗比單層玻璃窗在減少熱量損失上的功效，比值

6、Q′/Q3，反映了三層玻璃窗比雙層玻璃窗在減少熱量損失上的功效，它們只與h=l/d有關(guān)。圖2-1，給出了Q″/Q2∽h的曲線，當(dāng)h由0增加時(shí)，Q″/Q2迅速下降，而當(dāng)h超過(guò)一定值（比如h>4）后，Q″/Q2下降變緩，可見(jiàn)h不宜選擇過(guò)大。h=4是較合適的值。圖2-2，給出了Q′/Q3∽h的曲線，當(dāng)h由0增加時(shí)，Q′/Q3迅速下降，而當(dāng)h超過(guò)一定值（比如h>6）后，Q′/Q3下降變緩，可見(jiàn)h同樣不宜選擇過(guò)大。h=6是較合適的值。如若選擇雙層玻璃窗，由圖2-1結(jié)論，令h=4，則Q″/Q2=3%，即雙層玻璃窗比用同樣多的玻璃材料制成的單層玻璃（下轉(zhuǎn)第239頁(yè)）2模型假設(shè)1）熱量

7、的傳播過(guò)程中只有傳導(dǎo)，沒(méi)有對(duì)流。即假定窗戶的封閉性能很好，兩層玻璃之間的空氣是不流動(dòng)的。2）室內(nèi)溫度T1和室外溫度T2保持不變，熱傳導(dǎo)過(guò)程已處于穩(wěn)定狀態(tài)，即沿?zé)醾鲗?dǎo)方向，單位時(shí)間通過(guò)單位面積的熱量是常數(shù)。3）玻璃材料均勻，熱傳導(dǎo)系數(shù)是常數(shù)。3模型構(gòu)成與求解在上述假設(shè)下熱傳導(dǎo)過(guò)程遵從下面的物理定律：厚度為d的均勻介質(zhì)，兩側(cè)溫度差為ΔT，則單位時(shí)間由溫度高的一側(cè)向溫度低的一側(cè)通過(guò)單位面積的熱量Q與ΔT成正比，與d成反比，即Q=kΔT/d(1)，k為熱傳導(dǎo)系數(shù)3.1雙層玻璃窗與單層玻璃窗在阻止熱量損失方面的功效比較記雙層玻璃窗內(nèi)層玻璃的外側(cè)溫度