两层玻璃和三层玻璃隔音测试

（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：

Q

2

＝K

1

(T

1

-T

2

)/2d

二者之比为Q″/Q

2=2/s+2

(4)

(5)

显然

Q″

2，即双层玻璃窗的热量损失比单层玻璃窗的热量损失

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

T

a

'

，中间层玻璃的内侧温

度是

T

b

′

，外侧温度是

T

c

′

，最外层玻璃的内侧温度是

T

d

′

，玻璃的热

传导系数是

K

1

，空气的热传导系数是

K

2

，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′=K

1

(T

1

-T

a

′)/d=K

2

(T

a

′-T

b

′)/l=K

1

(T

b

′-T

c

′)/d

=K

2

(T

c

′-T

d

′)/l=K

1

(T

d

′-T

2

)/d(2′)

即T

1

-T

a

′=T

b

′-T

c

′=T

d

′-T

2

lK

1

(T

1

-T

a

′)/d=K

2

T

a

′-T

b

′

∴T

b

′=T

a

′-lK

1

(T

1

-T

a

′)/dK

2

T

c

′=2T

a

′-lK

1

(T

1

-T

a

′)/dK

2

-T

1

T

d

′=T

1

-T

a

′+T

2

又T

a′-Tb′=Tc′-Td′

∴T

a′=（[2dK2+2lK）1T1+dK2T2]/3dK2+2lK1

代入化简，可得：

Q′=K

1

K

2

(T

1

-T

2

)/3dK

2

+2lK

1

(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：

Q

3

=K

1

K

2

(T

1

-T

2

)/3dK

2

+lK

1

二者之比为：Q′/Q

3

=3dK

2

+lK

1

/3dK

2

+2lK

1

（5′）

令s=hK

1

/K

2

h=l/d

则Q′/Q

3=s+3/2s+3(6′)

显然

Q'＜Q

3

，即三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

K

1

和

K

2

的数据，从有关资料可

知，常用玻璃的热传导系数

K

1

=0.004∽0.008

（焦耳

/

厘米

.

秒

.

度），不

流通，干燥空气的热传导系数k

2=0.00025（焦耳/厘米.秒.度），于是

K

1

/K

2

=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

K

1

/K

2

=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″/Q

2

，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

Q′/Q

3

，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″/Q

2

∽h

的曲线，当

h

由

0

增加时，

Q″/Q

2

迅

速下降，而当

h

超过一定值（比如

h>4

）后，

Q″/Q

2

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′/Q

3

∽h

的曲线，当

h

由

0

增加时，

Q′/Q

3

迅

速下降，而当

h

超过一定值（比如

h>6

）后，

Q′/Q

3

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″/Q

2

=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是

T

a

，外层玻璃的内侧温度是

T

b

，玻璃的热传导系数是

K

1

，空气的热传导系数是

K

2

，双层玻璃窗的厚

度为

2d

，单层玻璃窗的厚度为

d

，由

(1)

式单位时间单位面积的热量传

导（即热量流失）为

Q″=K

1

(T

1

-T

a

)/d=K

2

(T

a

-T

b

)/l=K

1

(T

b

-T

2

)/d

即K

1(T1-Ta)l=K2(Ta-Tb)d

∴T

b

=[(dK

2

+lK

1

)T

a

-lk

1

T

1

]/dK

2

又T

1-Ta=Tb-T2

∴T

a

=[dK

2

(T

1

+T

2

)+lk

1

T

1

]/(2dK

2

+lK

1

)

代入化简，可得：

(2)

Q″＝K

1

(T

1

-T

2

)/d

(s+2)

，

s=hK1/K2，

h=l/d

应用科技

随着“

3S

”研究和应用的不断深入，科学家们和应用部门逐渐认

识到单独地运用其中的一种技术往往不能满足一些应用工程的需要。近

几年来，国际上“

3S

”的研究和应用开始向集成化（综合化）方向发

展。地球空间信息领域的专家学者一直在致力探索现代系统科学与技术

信息实现遥感（

RS

）、地理信息系统（

GIS

）和空间定位系统（

GPS

）

的集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系。在新疆大

宗工业固体废物管理系统中，

RS

用于快速获取大宗固体废物堆放地的

空间数据，

GPS

用于精确获得监测点的空间坐标，

GIS

用于管理

RS

、

GPS

获得的空间数据和非空间数据，进行数据查询统计分析、预测和

制作专题地图，实现对大宗固体废物的日常管理和动态管理，为决策提

供依据。将

3S

紧密结合对新疆大宗工业固体废物进行监测与数据管

理，提高固体废物的管理水平和管理效率，构建规范化的数据管理体

系，实现监测与治理相结合的管理模式。

参考文献

[1]黄本生,李晓红,王里奥.基于GIS危险废物管理信息系统研究[J].新疆环

境保护,2003.

[2]况代智.GIS在危险废物管理系统中的应用研究[J].环境科学与管理,

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[3]赵军,刘琳,闫浩文.基于GIS的危险废物管理信息系统设计研究

—

以兰

州市危险废物地理信息系统为例[J].西北师范大学学报(自然科学版),2005.

[4]胡刚,王里奥,黄本生,崔志强.基于GIS技术的重庆市危险废物管理信息

系统研究[J].新疆环境保护,2003.

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[J].金属矿山,2009.

[6]LIYu-bin(李宇斌).Theapplicationofremotesensingtechnologyintheen-

vironmentprotection[J].LiaoningUrbanandRuralEnvironmentalScience

&Technology(辽宁城乡环境科技),2001.

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SatelliteImageryandThematicMapperDate[J].PE&RS,1989.

[8]秦其明.遥感图像自动解译面临的问题与解决的途径[J].测绘科学,2000.

[9]周成虎,骆剑承,杨晓梅等.遥感影像地学理解与分析[M].北京:科学出版

社,1999．

[10]陈述彭,童庆禧,郭华东.遥感信息机理[M].北京:科学出版社,1999．

[11]潘瑜春,赵春江.地理信息技术在精准农业中的应用[J].农业工程学报,

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[12]陈述彭,鲁学军,周成虎.地理信息系统导论[M].科学出版社,2003．

[13]李逢春,郭广礼,刘增良.基于"3S"技术的数字城市空间管理研究[J].地

矿测绘,2002.

作者简介：李梦蛟，1982年生，男，2004年毕业于长安大学环境

工程专业，助理工程师。

（

上接第237页

）

窗节约热量97%左右。如若选择三层玻璃窗，由图2-2结论，令h=6,

则

Q′/Q

3

=50.8%

，即三层玻璃窗比用同样多的玻璃材料制成的双层玻

璃窗节约热量

49.2%

左右。

层玻璃窗比双层玻璃更加节约热量，但其功效与把单层玻璃窗作成双层

玻璃窗节约热量的功效明显差出很多，另外，制作三层玻璃窗比制作双

层玻璃窗的工艺流程方面要复杂的多，因此制作费用会相应增加，以及

随着三层玻璃窗需要的相应h值的增加，玻璃窗的总厚度也会增加，在

日常生活中的实用性方面也会是一个问题。

所以，综合考虑各方面的因素，双层玻璃窗比单层玻璃窗在日常

生活中更加实用些。

4模型应用这个模型具有一定实用价值，制作双层玻璃窗虽然

工艺复杂，会

增加一些费用，但它减少的热量损失却是可观的。

图2-1图2-2

比较双层玻璃窗和三层玻璃窗在节约热量方面的百分比，虽然三

239TECHNOLOGYTREND