三层玻璃窗与双层玻璃窗实用性比较

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1、（郑州旅游职业学院，河南郑州450009）［摘要］本文就三层玻璃窗和双层玻璃窗在阻止热量损失方面的功效作出定量分析.通过对双层玻璃窗和三层玻璃窗节约热量的百分比作出较，以及综合分析制作费用和实用性因素，最后得出结论，双层窗比三层窗在日常生活中更实用。［关键词］三层玻璃窗；双层玻璃窗；单层玻璃窗；热量损失1问题的提出北方地区由于其恶劣的自然环境,在城镇的有些建筑物的窗户是双层的，即窗户上装两层玻璃且中间留有一定空隙，（如图1-1所示）两层厚度为d的玻璃夹着一层厚度为l的空气。据说这样做是为了保暖，即减少室内向室外的热量损失。因此我们自然联想到如果使用三层玻璃窗是不是比双层

2、玻璃窗在热量损失方面功效更加明显些，而成本费用却增加较少呢？现在建立一个模型来描述热量通过窗户的传导（即流失）过程,分别将三层玻璃窗（如图1-2所示）与用同样多材料作成的双层玻璃窗（如图1-3所示，玻璃的厚度为1.5d）的热量传导和双层玻璃窗与用同样多材料作成的单层玻璃窗（如图1-4所示，玻璃的厚度为2d）的热量传导进行对比，对双层玻璃窗和三层玻璃窗能减少多少热量损失方面给出定量分析的结果。(3)对于厚度为2d的单层玻璃窗，容易写出其热量传导为：Q2＝K1(T1-T2)/2d二者之比为Q″/Q2=2/s+2(4)(5)显然Q″

3、热量损失小。3.2三层玻璃窗与双层玻璃窗在阻止热量损失方面的功效比较记三层玻璃窗最内层玻璃的外侧温度是Ta'，中间层玻璃的内侧温度是Tb′，外侧温度是Tc′，最外层玻璃的内侧温度是Td′，玻璃的热传导系数是K1，空气的热传导系数是K2，三层玻璃窗的每层厚度为d，双层玻璃窗的每层厚度为1.5d，同样由热传导公式，单位时间单位面积的热量传导（即热量流失）为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代入化简，可得：Q′=K1K2(T1-T2)/3dK2+2lK1(3′)对于厚度为1.5d的双层玻璃窗，同样易写出其热量传导为：Q3=K1K2(T1-T2)/3dK2+lK1二者之比为：Q′/Q3=3dK2+lK1/3dK2+2lK1（5′）令s=hK1/K2h=l/d则Q′/Q3=s+3/2s+3(6′)显然Q'＜Q3，即三

5、层玻璃窗的热量损失比用同样多材料的双层玻璃窗的热量损失小。为了得到更具体的结果，我们需要K1和K2的数据，从有关资料可知，常用玻璃的热传导系数K1=0.004∽0.008（焦耳/厘米.秒.度），不流通，干燥空气的热传导系数k2=0.00025（焦耳/厘米.秒.度），于是K1/K2=16∽32。在分析三层玻璃窗和双层玻璃窗比单层玻璃窗可减少多少热量损失时，我们做最保守的估计，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，反映了双层玻璃窗比单层玻璃窗在减少热量损失上的功效，比值

6、Q′/Q3，反映了三层玻璃窗比双层玻璃窗在减少热量损失上的功效，它们只与h=l/d有关。图2-1，给出了Q″/Q2∽h的曲线，当h由0增加时，Q″/Q2迅速下降，而当h超过一定值（比如h>4）后，Q″/Q2下降变缓，可见h不宜选择过大。h=4是较合适的值。图2-2，给出了Q′/Q3∽h的曲线，当h由0增加时，Q′/Q3迅速下降，而当h超过一定值（比如h>6）后，Q′/Q3下降变缓，可见h同样不宜选择过大。h=6是较合适的值。如若选择双层玻璃窗，由图2-1结论，令h=4，则Q″/Q2=3%，即双层玻璃窗比用同样多的玻璃材料制成的单层玻璃（下转第239页）2模型假设1）热量

7、的传播过程中只有传导，没有对流。即假定窗户的封闭性能很好，两层玻璃之间的空气是不流动的。2）室内温度T1和室外温度T2保持不变，热传导过程已处于稳定状态，即沿热传导方向，单位时间通过单位面积的热量是常数。3）玻璃材料均匀，热传导系数是常数。3模型构成与求解在上述假设下热传导过程遵从下面的物理定律：厚度为d的均匀介质，两侧温度差为ΔT，则单位时间由温度高的一侧向温度低的一侧通过单位面积的热量Q与ΔT成正比，与d成反比，即Q=kΔT/d(1)，k为热传导系数3.1双层玻璃窗与单层玻璃窗在阻止热量损失方面的功效比较记双层玻璃窗内层玻璃的外侧温度