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摘 要：分析影响双层玻璃的保温性以及隔音性的因素，讨论玻璃窗的单层玻璃厚度以及双层玻璃之间距离对保温性和隔音性的影响，找到玻璃的厚度、双层玻璃间距，得到双层玻璃保温性和隔音性的最佳配置点。
关键词：保温性；隔音性；热传导系数；隔声量
引言
在现代的城市建设，工业生产，居民生活，管理办公，以及军事、科技等领域，双层玻璃已被广泛利用。它具有保温效果好，隔音性强，硬度大，承受力的能力突出，同时透光、美观的特点。双层玻璃窗的保温性，在北方大部分地区已被广泛应用[1]；但目前理论上还较难准确地定量计算成型窗的保温性能和隔声量。本文通过模拟实验和测试研究，得到双层玻璃窗的厚度、双层玻璃中空间距与保温性和隔音性的定量关系，并希望能从这些关系中找到合适的优化配置点，从而在生产、生活中既达到双层玻璃应有的效果，又能最大限度的节约资源。
1保温性能的影响因素分析
在实验中为了研究单片玻璃厚度和双层玻璃中空厚度，对保温性能的影响，控制内外环境温度、空气对流系数一定。根据国际ISO标准[2]，控制室内平均温度为200C，室外温度为00C，室内的空气对流系数为3.6w/m2k，室外的空气对流系数为20w/m2k。多次改变单层玻璃厚度和双层玻璃中空厚度，测出相关数据并进行求解。先进行理论推导，令双层玻璃的室内一侧温度为T1，室外一侧温度为T2，双层玻璃的单层厚度为d，双层玻璃的中空厚度为为L，由这些数据得出双层玻璃的热流密度Q。热流密度是指单位时间内单位面积上由温度高的一侧向温度低的一侧通过的热量。根据傅里叶定律，单层玻璃的热流密度Q的表达式为：
（1）
（1）式中热传导系数K的单位是w/mk。
玻璃的热传导系数用K1表示，空气的热传导系数用K2表示，双层玻璃的中空部分的内外侧温度分别用TM和TN表示，则双层玻璃的热流密度 为：
（2）
从式（2）中消去TM，TN可得：
（3）
（4）
1.1玻璃厚度对热流密度的影响
双层玻璃的热流密度，由玻璃的厚度与玻璃的热阻的乘积决定。取玻璃的热阻为1mk/w，增加玻璃的厚度，热流密度随着增加，即整个双层玻璃系统的热量损耗降低，保温性增强。取中空厚度一定L=12mm，中空气体的热传导系数一定K2=0.025w/mk，玻璃的热传导系数一定K1=0.6w/mk，只改变玻璃厚度d，对比双层玻璃窗和单层玻璃窗的热流密度如下表1所示：
分析前三组数据可得，保温性能与单层玻璃的厚度无关。分析后三组数据可得，单层玻璃的保温性与玻璃的厚度有明显的关系。同时分析一和六组数据可得，总厚度相同时，双层玻璃的保温性远高于单层玻璃。所以，双层玻璃的中空部分厚度对保温性影响很大，而双层玻璃的单层厚度对保温性影响很小。
1.2玻璃的类型与保温性能的关系
已知大多数玻璃的热传导系数在0.4 w/mk 至0.8w/mk之间，又因为玻璃中参入的杂质要影响玻璃的热传导系数，使得单层玻璃的保温性能与玻璃的类型有密切的关系。设计实验研究双层玻璃的保温性与玻璃类型的关系，用6+12+6类型的双层玻璃来进行研究，其中空的气体是空气。玻璃类型不同，即玻璃的热传导系数不同，但热流密度基本上都在40w/m2左右。说明玻璃的类型对双层玻璃的保温性影响很小。
1.3验证中空厚度对保温性的影响
常用双层玻璃的中空厚度为6mm、9mm、12mm[1]。定性分析，在密封情况下，中空气体无法直接把热量传递给外界环境，但中空气体在室内、外两层玻璃处的温度不一样，就会产生对流现象，而空气层的厚度要影响传热阻的大小，所以理论上气体层的厚度与传热阻有直接联系。
通过实验验证得出，热流密度和传热阻的增长率均随中空气体层的厚度的增加而减少，并且当气体层厚度超过一定值后，气体层厚度对保温性的影响将变得很弱。实验中从6mm变成12mm热量损失变化较大，从12mm变成15mm热量损失变化减小，就验证了以上结论。
2隔音性能的分析
在实际生活、生产中，采用雙层玻璃来提高玻璃的隔音性最显著的优点是，与采用增加玻璃厚度的方法来隔音相比，在获得相同隔音量的前提下，用双层玻璃可以很大程度减轻窗户的重量，同时节省大量的材料，降低成本。双层玻璃窗的隔音性根据上面对保温性的研究采用三种不同的厚度类型进行试验比较，得到实验结果。
由于双层玻璃内外两层反射声音的相互耦合，会使双层玻璃窗的隔声量曲线有较明显的低谷点，并且随着空气层厚度的增加，低谷点的频段在移动。两层玻璃间的空气层从6mm到9mm再到14mm过程中，其低谷点移由160变到315再变到125频段附近，这说明出现了较明显的共振效应[3]。从计权隔声量Rw对比分析可得，空气层厚度对计权隔音量的影响比玻璃的厚度对隔音量的影响大得多。
3研究结果
通过对双层玻璃的保温特性和隔音特性的综合分析可得出，双层玻璃中，单层玻璃的厚度控制在6mm左右，空气层厚度控制在12mm左右时，保温和隔音的综合性能较好。确立这两个数据作为常用类型双层玻璃的重要参数，综合考虑了两个方面因素的平衡，一是通过定量分析保温和隔音得到的较合理的结果，二是考虑了在实际制作和使用中的成本因素。此结果只是在理想情况下的理论结果，没有将所有影响因素进行考虑，所以分析结果与实际必然存在一定的误差。
参考文献
[1]鲁大学.中空玻璃节能特性的影响因素分析[J].墙材革新与建筑节能，2004，5.
[2]姜启源.谢金星.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2003.
[3]李太宝.计算声学[M].北京：科学出版社，2003.
关键词：保温性；隔音性；热传导系数；隔声量
引言
在现代的城市建设，工业生产，居民生活，管理办公，以及军事、科技等领域，双层玻璃已被广泛利用。它具有保温效果好，隔音性强，硬度大，承受力的能力突出，同时透光、美观的特点。双层玻璃窗的保温性，在北方大部分地区已被广泛应用[1]；但目前理论上还较难准确地定量计算成型窗的保温性能和隔声量。本文通过模拟实验和测试研究，得到双层玻璃窗的厚度、双层玻璃中空间距与保温性和隔音性的定量关系，并希望能从这些关系中找到合适的优化配置点，从而在生产、生活中既达到双层玻璃应有的效果，又能最大限度的节约资源。
1保温性能的影响因素分析
在实验中为了研究单片玻璃厚度和双层玻璃中空厚度，对保温性能的影响，控制内外环境温度、空气对流系数一定。根据国际ISO标准[2]，控制室内平均温度为200C，室外温度为00C，室内的空气对流系数为3.6w/m2k，室外的空气对流系数为20w/m2k。多次改变单层玻璃厚度和双层玻璃中空厚度，测出相关数据并进行求解。先进行理论推导，令双层玻璃的室内一侧温度为T1，室外一侧温度为T2，双层玻璃的单层厚度为d，双层玻璃的中空厚度为为L，由这些数据得出双层玻璃的热流密度Q。热流密度是指单位时间内单位面积上由温度高的一侧向温度低的一侧通过的热量。根据傅里叶定律，单层玻璃的热流密度Q的表达式为：
（1）
（1）式中热传导系数K的单位是w/mk。
玻璃的热传导系数用K1表示，空气的热传导系数用K2表示，双层玻璃的中空部分的内外侧温度分别用TM和TN表示，则双层玻璃的热流密度 为：
（2）
从式（2）中消去TM，TN可得：
（3）
（4）
1.1玻璃厚度对热流密度的影响
双层玻璃的热流密度，由玻璃的厚度与玻璃的热阻的乘积决定。取玻璃的热阻为1mk/w，增加玻璃的厚度，热流密度随着增加，即整个双层玻璃系统的热量损耗降低，保温性增强。取中空厚度一定L=12mm，中空气体的热传导系数一定K2=0.025w/mk，玻璃的热传导系数一定K1=0.6w/mk，只改变玻璃厚度d，对比双层玻璃窗和单层玻璃窗的热流密度如下表1所示：
分析前三组数据可得，保温性能与单层玻璃的厚度无关。分析后三组数据可得，单层玻璃的保温性与玻璃的厚度有明显的关系。同时分析一和六组数据可得，总厚度相同时，双层玻璃的保温性远高于单层玻璃。所以，双层玻璃的中空部分厚度对保温性影响很大，而双层玻璃的单层厚度对保温性影响很小。
1.2玻璃的类型与保温性能的关系
已知大多数玻璃的热传导系数在0.4 w/mk 至0.8w/mk之间，又因为玻璃中参入的杂质要影响玻璃的热传导系数，使得单层玻璃的保温性能与玻璃的类型有密切的关系。设计实验研究双层玻璃的保温性与玻璃类型的关系，用6+12+6类型的双层玻璃来进行研究，其中空的气体是空气。玻璃类型不同，即玻璃的热传导系数不同，但热流密度基本上都在40w/m2左右。说明玻璃的类型对双层玻璃的保温性影响很小。
1.3验证中空厚度对保温性的影响
常用双层玻璃的中空厚度为6mm、9mm、12mm[1]。定性分析，在密封情况下，中空气体无法直接把热量传递给外界环境，但中空气体在室内、外两层玻璃处的温度不一样，就会产生对流现象，而空气层的厚度要影响传热阻的大小，所以理论上气体层的厚度与传热阻有直接联系。
通过实验验证得出，热流密度和传热阻的增长率均随中空气体层的厚度的增加而减少，并且当气体层厚度超过一定值后，气体层厚度对保温性的影响将变得很弱。实验中从6mm变成12mm热量损失变化较大，从12mm变成15mm热量损失变化减小，就验证了以上结论。
2隔音性能的分析
在实际生活、生产中，采用雙层玻璃来提高玻璃的隔音性最显著的优点是，与采用增加玻璃厚度的方法来隔音相比，在获得相同隔音量的前提下，用双层玻璃可以很大程度减轻窗户的重量，同时节省大量的材料，降低成本。双层玻璃窗的隔音性根据上面对保温性的研究采用三种不同的厚度类型进行试验比较，得到实验结果。
由于双层玻璃内外两层反射声音的相互耦合，会使双层玻璃窗的隔声量曲线有较明显的低谷点，并且随着空气层厚度的增加，低谷点的频段在移动。两层玻璃间的空气层从6mm到9mm再到14mm过程中，其低谷点移由160变到315再变到125频段附近，这说明出现了较明显的共振效应[3]。从计权隔声量Rw对比分析可得，空气层厚度对计权隔音量的影响比玻璃的厚度对隔音量的影响大得多。
3研究结果
通过对双层玻璃的保温特性和隔音特性的综合分析可得出，双层玻璃中，单层玻璃的厚度控制在6mm左右，空气层厚度控制在12mm左右时，保温和隔音的综合性能较好。确立这两个数据作为常用类型双层玻璃的重要参数，综合考虑了两个方面因素的平衡，一是通过定量分析保温和隔音得到的较合理的结果，二是考虑了在实际制作和使用中的成本因素。此结果只是在理想情况下的理论结果，没有将所有影响因素进行考虑，所以分析结果与实际必然存在一定的误差。
参考文献
[1]鲁大学.中空玻璃节能特性的影响因素分析[J].墙材革新与建筑节能，2004，5.
[2]姜启源.谢金星.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2003.
[3]李太宝.计算声学[M].北京：科学出版社，2003.