大型膜構(gòu)造建筑的空調(diào)冷負(fù)荷特性

大型膜構(gòu)造建筑的空調(diào)冷負(fù)荷特性研究摘要：膜材料被廣泛應(yīng)用于體育館、展覽館等大型公共建筑中，由于膜材的半透明特性，其空調(diào)冷負(fù)荷特征與普通建筑有所不同；本文以上海某博覽中心為研究對(duì)象，根據(jù)分層空調(diào)理論計(jì)算了在不同透光率、吸收率的膜構(gòu)造建筑的室內(nèi)負(fù)荷，分析了膜構(gòu)造高大空間建筑的空調(diào)冷負(fù)荷特性，提出了相應(yīng)的節(jié)能措施，為該類型建筑的室內(nèi)環(huán)境控制設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵字：高大空間膜構(gòu)造建筑分層空調(diào)節(jié)能1.前言隨著公共高大空間建筑向大跨度，輕結(jié)構(gòu)方向的發(fā)展，膜材料作為一種輕型材料，廣泛應(yīng)用于體育館，游泳館，展覽館等大型公用建筑。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，膜建筑分鋼骨支撐式，骨架懸頂式和氣壓支撐式。膜造建筑具有①大跨度，結(jié)構(gòu)重量比實(shí)體屋面輕很多②施工容易，工期縮短③可透光性，節(jié)省照明費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，因而逐步受到國內(nèi)外建筑師的青睞。膜材料是一種以織物為芯材，外面涂裹塑料的復(fù)合材料，根據(jù)涂裹材料種類、顏色的不同，可以使材料具有不同的輻射透過率、反射率及吸收率。由于膜材的半透明性，其空調(diào)冷負(fù)荷具有其自身的特點(diǎn)。本文以大空間膜構(gòu)造建筑為研究對(duì)象，根據(jù)分層空調(diào)理論計(jì)算不同透光率、吸收率、單雙層膜構(gòu)造建筑的冷負(fù)荷；分析空調(diào)冷負(fù)荷的特點(diǎn)，提出節(jié)能措施，為建筑材料的選擇提供參考。2.研究對(duì)象本文以上海某展覽建筑為研究原型。該展廳為拱形建筑，具體尺寸見圖1，長(zhǎng)180m，寬72m，展館最高點(diǎn)為15.6m；屋頂材料為PVC薄膜，端墻為10mm厚單層玻璃，邊墻為彩鋼板，地面為水磨石；展廳采用分層空調(diào)形式，送風(fēng)口高度為9.6m；由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)是半透明的，所以傳熱計(jì)算中，要考慮透過屋頂?shù)娜丈漭椛?，并且地面接收短波輻射也增加，這使之與普通建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷計(jì)算有很大區(qū)別。3計(jì)算理論及方法該展廳屬于高大建筑，且僅對(duì)下部區(qū)域進(jìn)行空調(diào)，采用分層空調(diào)的方式計(jì)算。3.1分層空調(diào)計(jì)算理論計(jì)算分層空調(diào)負(fù)荷時(shí)，以送風(fēng)口為分層面，將整個(gè)高大建筑物在垂直方向分為兩個(gè)區(qū)域，分層面以下為空調(diào)區(qū)，分層面以上為非空調(diào)區(qū)。工作區(qū)為高大建筑要求保證溫濕度參數(shù)的區(qū)域，作為舒適性空調(diào)，一般可取2.0m，在滿足使用要求的前提下，分層高度越低越節(jié)能；對(duì)于舒適性空調(diào)，空調(diào)區(qū)高度一般可由右式計(jì)算：(1)式中：－工作區(qū)高度，m－射流垂直落差，m空調(diào)區(qū)冷負(fù)荷的組成：(2)式中：－空調(diào)區(qū)分層空調(diào)冷負(fù)荷，W；－通過空調(diào)區(qū)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱形成的冷負(fù)荷，W；驗(yàn)－空調(diào)區(qū)內(nèi)部絞熱源散熱形成土的冷負(fù)荷周，偶W汪；梳－空調(diào)區(qū)室外栽新風(fēng)或滲透風(fēng)于形成的冷負(fù)荷燒，磚W脫；沫－非空調(diào)區(qū)向而空調(diào)區(qū)輻射熱解轉(zhuǎn)移形成的冷然負(fù)荷掙，亡W含；詳－非空調(diào)區(qū)向多空調(diào)區(qū)對(duì)流熱增轉(zhuǎn)移形成的冷閣負(fù)荷豪，遼W溪；傷3.2揚(yáng)劑分層空調(diào)計(jì)算逐方法盈（撓1盆）計(jì)算非空調(diào)遍區(qū)域的室內(nèi)溫壤度：盼(珠3)喪式中：脆－室內(nèi)空調(diào)區(qū)貞計(jì)算溫度皮，抬℃飯－屋頂下表面英附近空氣溫度色，一般可取室腿外空氣溫度增煤加夕2堤～厘3開℃綢（裁2與）確定分層高膽度松（若3叫）根據(jù)分層高塵度計(jì)算非空調(diào)闊區(qū)和空調(diào)區(qū)外趙圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入異室內(nèi)的熱量和具散熱量姐（雪4樂）計(jì)算非空調(diào)幫區(qū)和空調(diào)區(qū)各鑰內(nèi)表面的溫度(4)耗式中：含－室內(nèi)計(jì)算溫丈度，空調(diào)區(qū)為盆，非空調(diào)區(qū)為撇－外圍護(hù)結(jié)構(gòu)攪內(nèi)表面放熱系狂數(shù)，一般位取豐8.7綜合溫差：(5)舅式中暑：坑雀－夏季空氣調(diào)差節(jié)室外計(jì)算日伙平均溫度交，以℃網(wǎng)－屋頂（或外歸墻輻射熱平均塊溫升）鴉，引℃邊－圍護(hù)材料的曠衰減倍數(shù)銅－該朝玉向創(chuàng)“貧作用時(shí)臨間紋”弱的太陽總輻射不照度及太陽總洽輻射日平均照工度君，戶W/m顛2皇，貪－倡“讀作用時(shí)位間夸”指的夏季室外逐燥時(shí)溫差俘，淋℃鈔，客－圍護(hù)結(jié)構(gòu)的訊吸收率，緒－圍護(hù)結(jié)構(gòu)外具表面與天空和到周圍物體的長(zhǎng)趴波輻射溫升胳，征℃哨。煮（器5壽）計(jì)算非空調(diào)氏區(qū)向空調(diào)區(qū)輻幻射熱轉(zhuǎn)移形成舌的負(fù)荷膽①止貨輻射熱轉(zhuǎn)移量(6)鴿式中各項(xiàng)含義欲詳見參考文獻(xiàn)捏【名1館】中高大建筑風(fēng)物分層空調(diào)設(shè)攏計(jì)部分斗。摸摸②記蛇輻射熱轉(zhuǎn)移形仗成的冷負(fù)荷(7)扛式中：溉－冷負(fù)荷系數(shù)仍，通常燭取腐0.4欄5守～陵0.7腎2憤；洲（掛6燭）計(jì)算非空調(diào)璃區(qū)向空調(diào)區(qū)對(duì)波流轉(zhuǎn)移形成的車?yán)湄?fù)荷孝空調(diào)區(qū)得熱量迷：閃空調(diào)區(qū)熱強(qiáng)度世：策非空調(diào)區(qū)熱量屠：撲非空調(diào)區(qū)熱強(qiáng)珠度：筑非空調(diào)區(qū)排熱孔量：銹非空調(diào)區(qū)與空姐調(diào)區(qū)強(qiáng)度比：宿非空調(diào)區(qū)的排殿熱率：面根據(jù)貧，括，查文獻(xiàn)紋【惠1洽】中的救圖芽11.10-際4浙即可得到無因益次對(duì)流轉(zhuǎn)移負(fù)作荷：效（沃7旗）計(jì)算空調(diào)區(qū)已的總冷負(fù)荷守4存.送展館空調(diào)區(qū)冷釋負(fù)荷計(jì)算山4.1疲睛負(fù)荷計(jì)算基本階參數(shù)：雁(1)專印空氣計(jì)算參數(shù)騎室內(nèi)空調(diào)區(qū)計(jì)念算干球溫度蒸＝只2夾6褲℃須，相對(duì)濕度兼6過5賄％疊夏季空調(diào)室外剪計(jì)算干球溫度士＝剪3屆4錢℃辜夏季空調(diào)室外膠日平均溫度喊＝牢30.袋4拿℃旁屋面附近空氣山平均溫度：周＝姻34+第3陷＝灘3鞭7該℃襪非空調(diào)區(qū)計(jì)算浪溫度膊＝碧31.觀5麥℃幸(2)穿演圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)貢計(jì)算用屋頂膜置材的太陽光學(xué)譽(yù)性能見平表腐1快表廣1膝查屋頂膜材的太池陽光學(xué)性飽能半傳穿透率擊反射率皆吸收率安衰減倍橫數(shù)森β竹①嘴1需3茶％富7勺3啄％亡1開4膚％衡0.195皂②夸9.木3曾％摸79.肺4煩％渠11.灘3黎％斷0.157度③誦0天％終7失2堆％晚2掃8標(biāo)％現(xiàn)0.390芬各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋪熱工參數(shù)：崖墻及地板內(nèi)表裝面換熱系數(shù)：伍=8.7企墻外表面換熱喚系數(shù)：漲=24.4嘗屋頂傳熱系數(shù)爛：隸6.25墳夾心板傳熱系刻數(shù)幼：的0.86叫4.2石渣負(fù)荷計(jì)算結(jié)果憲(1)蛾架屋頂賴為摩①爭(zhēng)號(hào)膜材時(shí)，展職館的逐時(shí)冷負(fù)呈荷瓣表孤2冊(cè)炮展館的逐時(shí)冷這負(fù)蛛荷欺淺計(jì)算時(shí)間襪1液0鼓：位00夠1范1不：謹(jǐn)00農(nóng)1犯2饞：誤00起1幟3娛：閑00禽1債4描：胖00端1怪5按：公00蠟1云6陜：煤00窄冷負(fù)荷勁（滿k饅W油）蓄2763.6栽3140.3雜3272.3兔3375.8戴3389.2咱3253.2猴3001.0該平均負(fù)荷榴（陽kW/m各2翁）曾213.2徹242.3川252.5欲260.5槐261.5撞251.0指231.6半注明：室內(nèi)新慘風(fēng)量為鏡66000m炊3賢/h拉展館的最大冷盤負(fù)荷值出現(xiàn)在供下皮午繪14:0矮0堡點(diǎn)；這是由于續(xù)展館的圍護(hù)結(jié)迷構(gòu)均為輕型材啊料，蓄熱能力炊??；且屋頂能群透射一定的太偵陽光，展館室柜內(nèi)負(fù)荷大小受億室外環(huán)境影響趟很大。恩(2)嶺割展廳的室內(nèi)負(fù)孕荷分布廉展館室內(nèi)冷負(fù)愈荷達(dá)到最大時(shí)黑，各項(xiàng)負(fù)荷值錘見兆表蕉3圍表耀3搭斧展館冷負(fù)荷分今布織仙項(xiàng)目明空調(diào)區(qū)圍護(hù)結(jié)秋構(gòu)冷負(fù)荷垮空調(diào)區(qū)內(nèi)部熱牌源冷負(fù)荷稅新風(fēng)冷負(fù)荷蟻非空調(diào)區(qū)輻射堤轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷泥非空調(diào)區(qū)對(duì)流土轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷灑冷負(fù)荷輩（貌k值W拍）刷212.73討1354.4許645.5衣1081.3叛95.4陰比例紫6%迅40%暗19%吹32%儉3%餅總和件3389.3正3薪負(fù)荷分布圖見叮下圖：歌如圖所示：圍鎮(zhèn)護(hù)結(jié)構(gòu)為半透棋明材質(zhì)的高大齒建筑，通過非震空調(diào)區(qū)向空調(diào)威區(qū)轉(zhuǎn)移的輻射予熱負(fù)荷占的比幅重較大，相應(yīng)虜?shù)膶?duì)流轉(zhuǎn)移的杏負(fù)荷比例要小畢很多。剝(3)匙腳非空調(diào)區(qū)輻射寶熱轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷停分布朽表葬4舌吸輻射熱轉(zhuǎn)移負(fù)秤荷分艷布否己項(xiàng)目戴非空調(diào)區(qū)外墻祖對(duì)地板的輻射收熱量殺透過非空調(diào)區(qū)折外墻被地板吸榮收的熱量癢非空調(diào)區(qū)屋頂宿對(duì)地板的輻射追熱量才透過非空調(diào)區(qū)抄屋頂被地板吸莫收的熱量獲冷負(fù)塌荷抓(釋kW)辮18.15.胳層435.51譽(yù)1355.2褲2活比例堆1.0%錄2.7%噸23.4%即72.9%玩由餐表拜4杠所示，非空調(diào)光區(qū)向空調(diào)區(qū)輻螞射熱轉(zhuǎn)移負(fù)荷病主要是屋頂轉(zhuǎn)艇移負(fù)荷，其中爆以屋頂透射產(chǎn)吐生的轉(zhuǎn)移負(fù)荷柔為主體。這說薄明屋頂材料的及透光率是影響罰輻射轉(zhuǎn)移負(fù)荷濁的最主要因素股(4)緊濤屋頂采用不同慎膜材時(shí)，建筑葡冷負(fù)荷比較辣計(jì)算比較下槳午織1逆4銅：廁0啄0蝦的負(fù)荷值，結(jié)兆果見傻表蠅5矩表欠5抹艇不同屋頂材料漢建筑的冷負(fù)荷嶺值堡靈蠶①咳號(hào)訴②察號(hào)揀③堂號(hào)找空調(diào)區(qū)圍護(hù)結(jié)繁構(gòu)冷負(fù)荷散212.73槳212.73星212.73幟空調(diào)區(qū)內(nèi)部熱損源冷負(fù)荷嗽1354.4旺1354.4柱1354.4暈新風(fēng)冷負(fù)荷縱645.5盡645.5劈645.5王非空調(diào)區(qū)輻射膨轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷剝1081.3獄725.3簡(jiǎn)504.9揀非空調(diào)區(qū)對(duì)流趨轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷加95.4諸29.7榆43.84叉室內(nèi)冷負(fù)荷督（釀k弄W駱）賞3389.3江3閑2277.6急2104.8亂如表中所示，治屋頂采夠用躁①網(wǎng)號(hào)膜材時(shí)，建膚筑冷負(fù)荷值最雷大，屋頂采披用神③寸號(hào)膜材，冷負(fù)服荷值最??；主背要因?yàn)槲蓓敳神動(dòng)贸盯鄯鹛?hào)膜材，沒有活太陽光透射進(jìn)規(guī)入房間，輻射拳轉(zhuǎn)巡移量大大減少周；相勇比促①患號(hào)膜材廚，穩(wěn)②票號(hào)膜材的透光批率及吸收率較復(fù)小，屋頂輻射狂減少，由此可旱以得到屋頂采應(yīng)用半透明材料夾，降低材料的逼透光率有利于壽降低建筑的冷夜負(fù)荷。貌(5)鈴棉屋頂采用單、哨雙層膜材的建狗筑冷負(fù)荷對(duì)比羨以愛①撕號(hào)膜材為例，梳單層膜材的透系光率驚為揀13攪%充，而雙層膜材劫透光率僅亭為三8爭(zhēng)%濾，由于輻射轉(zhuǎn)贈(zèng)移負(fù)荷中透射伸負(fù)荷占主導(dǎo)，奏不考慮兩層膜穩(wěn)之間的空氣熱料阻，計(jì)算屋頂喚采用單雙層膜之材的建筑冷負(fù)臣荷見擾表壽6居表確6向縣建筑屋頂采用診單雙層膜材冷丑負(fù)膜荷襖渡培丈單層業(yè)雙層播差額饒百分比既空調(diào)區(qū)冷負(fù)嗽荷熔(戶kW)電3389.3軋3勻2985.4出7苦403.86者11.9%張如校表你6村所示，采用雙范層膜材忽略空止氣層熱阻，冷悶負(fù)荷降倘低龍11.9江%技；實(shí)際上膜層躁間的空氣熱阻膨?qū)δげ牡膫鳠徕n系數(shù)影響很大新，采用雙層膜功材的實(shí)際冷負(fù)民荷可能比且表添6礙中的計(jì)算值還