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双层玻璃的功效
北方城镇的有些建筑物的窗户是双层的,即窗户上装两层厚度为d的玻璃夹着一层厚度为l的空气,如左图所示,据说这样做是为了保暖,即减少室内向室外的热量流失。
我们要建立一个模型来描述热量通过窗户的热传导(即流失): .
双层玻璃的功效
北方城镇的有些建筑物的窗户是双层的,即窗户上装两层厚度为d的玻璃夹着一层厚度为l的空气,如左图所示,据说这样做是为了保暖,即减少室内向室外的热量流失。
我们要建立一个模型来描述热量通过窗户的热传导(即流失)
过程,并将双层玻璃窗与用同样多材料做成的单层玻璃窗(如右图,
玻璃厚度为2d)的热量传导进行对比,对双层玻璃窗能够减少多少热量损失给出定量分析结果。
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TtJ'■1
Ti—
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一、模型假设
1、热量的传播过程只有传导,没有对流。即假定窗户的密封性能很好,两层玻璃之间的空气是不流动的;
2、室内温度Ti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。
二、符号说明
Ti——室内温度T2――室外温度d――单层玻璃厚度l――两层玻璃之间的空气厚度Ta――内层玻璃的外侧温度Tb――外层玻璃的内侧温度k——热传导系数Q热量损失三、模型建立与求解
由物理学知道,在上述假设下,热传导过程遵从下面的物理规律:
厚度为d的均匀介质,两侧温度差为•汀,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为Q,与订成正比,与d成反比,即Q=k红(1)
d其中k为热传导系数。
1、双层玻璃的热量流失
记双层窗内窗玻璃的外侧温度为Ta,外层玻璃的内侧温度为Tb,玻璃的热传导系数为ki,空气的热传导系数为k2,由(1)式单位时间单位面积的热量传导(热量流失)为:
(2)ddd由Q=kiT1及Q二k』空可得Ta-几=(%-T2)-2Qdddk1
再代入Q=k2TaTb就将(2)中Ta、Tb消去,变形可得:
dk1(T1-'丁2)
s加
k2
(3)
2、单层玻璃的热量流失
对于厚度为2d的单层玻璃窗户,容易写出热量流失为:
Q=k1
Ti-T2
2d
(4)
3、单层玻璃窗和双层玻璃窗热量流失比较
比较(3)(4)有:-(5)Qs+2
显然,Q:Q。
为了获得更具体的结果,我们需要ki,k2的数据,从有关资
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