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膜結構的保溫和隔熱

人氣:2572發表時間:2017-8-8

膜結構的熱學特性

1.光熱特性

光熱特性是從其熱輻射譜上表現出的特性。光線入射到膜面會分為反射、透射、吸收三部分。不同膜材對不同波段光的反射、吸收、透射率差異較大。紅外線吸收率高、紫外線透射率高。對大約550mm波段可見光(自然光、太陽光),織物膜、熱塑性薄膜光特性差異巨大。

膜材對光的吸收與其厚度、顏色以及化學性質有關,而它的反射和輻射則僅僅取決于其表面特性,當然,膜產品的光特性還與其他的因素有關,例如生產過程以及附加的表面涂層等。

2、對外部環境敏感的維護結構

在傳統結構中,室外溫度的變化要引起室內環境的變化需要大量的能量和較長的時間,因為屋面和墻體的蓄熱能力可以減輕室外溫度和輻射的劇烈變化對室內溫度的影響。

相比之下,膜材極薄且質輕,對于室內環境的緩沖作用微乎其微,不能依靠膜材本身的熱阻來減少外部溫度及輻射變化對室內的影響。

3.半透明膜材

除建筑玻璃及纖維加強聚合物外,涂層織物膜材與普通建筑材料不同,它是半透明的,故相當一部分太陽輻射可以透過膜材進入室內。但與玻璃不同,膜材會將入射的大部分太陽輻射能(一般為75%)反射掉,而進入室內只是一小部分(約15%)。

4.厚度薄

傳統建筑物內部的氣候環境控制主要是利用厚重的建筑材料來改善維護結構的熱傳導,如增加墻體和屋蓋的厚度,并使用熱導率較低的材料。輻射和對流在傳統 結構的保溫控制措施中所起的作用很小,所以,在評估傳統結構的環境特性時它們常常被簡化甚至忽略。故維護結構的保溫性能一般指其抵抗熱傳導的能力,常用導 熱率λ值來描述,維護結構表面的對流和輻射影響僅是輔助指標。

然而,對于涂層織物膜材而言,其抵抗熱傳導的能力很弱。由于膜材的厚度不過幾毫米,減少維護結構熱傳導的可行方法十分有限。

膜結構圍合空間內溫度環境的控制應著眼于另外兩個熱傳遞過程,即對流和輻射。通過調整室內空氣流通速度(自然或機械通風)和利用室內溫度梯度來影響熱量的對流傳遞過程;輻射熱的傳遞不受空氣流動的影響,而幾乎全部取決于膜面的光熱特性及其周圍環境。

保溫隔熱的措施

1.多層膜結構

膜材圍合空間環境性能的提高可以通過增加膜材的層數來實現,可以將具有不同光譜透射比、防火性能、透氣性等特性的膜材進行組合,以利用各自的優勢使膜 結構得到更廣泛的應用。多層膜結構的構成,通常是在不同膜層之間注入空氣或在膜層之間加入保溫材料、輕質泡沫或制成氣枕,或依照上述原則進行組合。

雙層膜結構是最常見的一種多層膜結構。一般在外側受力膜的內側附加一層膜材,內外層以空氣隔開,其間距通常在100-500mm之間。內層膜掛在支承 結構上,必要時可與外側膜相連。內側膜的選擇一般應綜合考慮防火、防滲、采光以及隔聲等方面的要求。由于內側膜不必像外層膜那樣施加很高的預應力以抵抗風 荷載或雪荷載,所以通??蛇x用比外層膜更輕的膜材。但應當考慮由于外層膜在荷載作用下發生變形而引起的內層膜協同變形和動荷載。采用雙層膜還可以通過內層 膜來形成所需要的與外部形狀無關的內部空間。雙層膜間的空氣層降低了外層膜與內部封閉空間由于對流產生的熱傳遞。

2.保溫膜結構

保溫膜材是在內外膜之間填充一層質輕保溫材料而形成的夾心膜材。保溫層可直接粘附于外層受力膜、懸掛在支承結構上或放置在內層膜上。因為后兩種方法使保溫層與受力層膜材脫開而常被采用,并且該方法使結構安裝和預應力施加相對簡單些。

常用的保溫材料有泡沫涂層、纖維氈墊、氣泡薄膜等,他們分別具有不同的透光性和保溫性能。大多數保溫材料都要經過蒸汽檢驗以防止出現內部結露。出于對 人體健康考慮應采用纖維保溫卷材,如巖棉等。保溫層的切割加工應滿足結構曲面的幾何形狀。結構中通常把用于通風的空氣層與保溫層相鄰設置。各層膜材和支承 結構的連接構造應便于檢查和維護。

蓬松、多孔、輕質的保溫材料可大幅度降低通過膜面的熱傳遞,從而實現室內空間的溫度控制。由于所用的保溫材料都是輕質材料,采用多層膜并不會顯著增加結構的重量,因此多層膜結構對于外部溫度環境的變化仍然是非常敏感的。

選用保溫材料時,應考慮以下幾個方面:

1)力學穩定性;

2)透光性;

3)熱穩定性;

4)濕度控制。

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