大型膜构造建筑的空调冷负荷特性

大型膜构造建筑的空调冷负荷特性研究摘要：膜材料被广泛应用于体育馆、展览馆等大型公共建筑中，由于膜材的半透明特性，其空调冷负荷特征与普通建筑有所不同；本文以上海某博览中心为研究对象，根据分层空调理论计算了在不同透光率、吸收率的膜构造建筑的室内负荷，分析了膜构造高大空间建筑的空调冷负荷特性，提出了相应的节能措施，为该类型建筑的室内环境控制设计提供参考。关键字：高大空间膜构造建筑分层空调节能1.前言随着公共高大空间建筑向大跨度，轻结构方向的发展，膜材料作为一种轻型材料，广泛应用于体育馆，游泳馆，展览馆等大型公用建筑。根据结构不同，膜建筑分钢骨支撑式，骨架悬顶式和气压支撑式。膜造建筑具有①大跨度，结构重量比实体屋面轻很多②施工容易，工期缩短③可透光性，节省照明费用等优点，因而逐步受到国内外建筑师的青睐。膜材料是一种以织物为芯材，外面涂裹塑料的复合材料，根据涂裹材料种类、颜色的不同，可以使材料具有不同的辐射透过率、反射率及吸收率。由于膜材的半透明性，其空调冷负荷具有其自身的特点。本文以大空间膜构造建筑为研究对象，根据分层空调理论计算不同透光率、吸收率、单双层膜构造建筑的冷负荷；分析空调冷负荷的特点，提出节能措施，为建筑材料的选择提供参考。2.研究对象本文以上海某展览建筑为研究原型。该展厅为拱形建筑，具体尺寸见图1，长180m，宽72m，展馆最高点为15.6m；屋顶材料为PVC薄膜，端墙为10mm厚单层玻璃，边墙为彩钢板，地面为水磨石；展厅采用分层空调形式，送风口高度为9.6m；由于围护结构是半透明的，所以传热计算中，要考虑透过屋顶的日射辐射，并且地面接收短波辐射也增加，这使之与普通建筑围护结构的冷负荷计算有很大区别。3计算理论及方法该展厅属于高大建筑，且仅对下部区域进行空调，采用分层空调的方式计算。3.1分层空调计算理论计算分层空调负荷时，以送风口为分层面，将整个高大建筑物在垂直方向分为两个区域，分层面以下为空调区，分层面以上为非空调区。工作区为高大建筑要求保证温湿度参数的区域，作为舒适性空调，一般可取2.0m，在满足使用要求的前提下，分层高度越低越节能；对于舒适性空调，空调区高度一般可由右式计算：(1)式中：－工作区高度，m－射流垂直落差，m空调区冷负荷的组成：(2)式中：－空调区分层空调冷负荷，W；－通过空调区外围护结构得热形成的冷负荷，W；验－空调区内部绞热源散热形成土的冷负荷周，偶W汪；梳－空调区室外栽新风或渗透风于形成的冷负荷烧，砖W脱；沫－非空调区向而空调区辐射热解转移形成的冷然负荷挣，亡W含；详－非空调区向多空调区对流热增转移形成的冷阁负荷豪，辽W溪；伤3.2扬剂分层空调计算逐方法盈（挠1盆）计算非空调遍区域的室内温壤度：盼(珠3)丧式中：脆－室内空调区贞计算温度皮，抬℃饭－屋顶下表面英附近空气温度色，一般可取室腿外空气温度增煤加夕2堤～厘3开℃绸（裁2与）确定分层高胆度松（若3叫）根据分层高尘度计算非空调阔区和空调区外赵围护结构进入异室内的热量和具散热量姐（雪4乐）计算非空调帮区和空调区各钥内表面的温度(4)耗式中：含－室内计算温丈度，空调区为盆，非空调区为撇－外围护结构搅内表面放热系狂数，一般位取丰8.7综合温差：(5)舅式中暑：坑雀－夏季空气调差节室外计算日伙平均温度交，以℃网－屋顶（或外归墙辐射热平均块温升）鸦，引℃边－围护材料的旷衰减倍数铜－该朝玉向创“贫作用时临间纹”弱的太阳总辐射不照度及太阳总洽辐射日平均照工度君，户W/m颠2皇，贪－倡“读作用时位间夸”指的夏季室外逐燥时温差俘，淋℃钞，客－围护结构的讯吸收率，绪－围护结构外具表面与天空和到周围物体的长趴波辐射温升胳，征℃哨。煮（器5寿）计算非空调氏区向空调区辐幻射热转移形成舌的负荷胆①止货辐射热转移量(6)鸽式中各项含义欲详见参考文献捏【名1馆】中高大建筑风物分层空调设拢计部分斗。摸摸②记蛇辐射热转移形仗成的冷负荷(7)扛式中：溉－冷负荷系数仍，通常烛取腐0.4栏5守～陵0.7肾2愤；洲（挂6烛）计算非空调璃区向空调区对波流转移形成的车冷负荷孝空调区得热量迷：闪空调区热强度世：策非空调区热量屠：扑非空调区热强珠度：筑非空调区排热孔量：锈非空调区与空姐调区强度比：宿非空调区的排殿热率：面根据贫，括，查文献纹【惠1洽】中的救图芽11.10-际4浙即可得到无因益次对流转移负作荷：效（沃7旗）计算空调区已的总冷负荷守4存.送展馆空调区冷释负荷计算山4.1疲睛负荷计算基本阶参数：雁(1)专印空气计算参数骑室内空调区计念算干球温度蒸＝只2夹6裤℃须，相对湿度兼6过5贿％叠夏季空调室外剪计算干球温度士＝剪3届4钱℃辜夏季空调室外胶日平均温度喊＝牢30.袋4拿℃旁屋面附近空气山平均温度：周＝姻34+第3陷＝滩3鞭7该℃袜非空调区计算浪温度膊＝碧31.观5麦℃幸(2)穿演围护结构参数贡计算用屋顶膜置材的太阳光学誉性能见平表腐1快表广1膝查屋顶膜材的太池阳光学性饱能半传穿透率击反射率皆吸收率安衰减倍横数森β竹①嘴1需3茶％富7勺3啄％亡1开4肤％衡0.195皂②夸9.木3曾％摸79.肺4烦％渠11.滩3黎％断0.157度③诵0天％终7失2堆％晚2扫8标％现0.390芬各围护结构的铺热工参数：崖墙及地板内表装面换热系数：伍=8.7企墙外表面换热唤系数：涨=24.4尝屋顶传热系数烂：隶6.25坟夹心板传热系刻数幼：的0.86叫4.2石渣负荷计算结果宪(1)蛾架屋顶赖为摩①争号膜材时，展职馆的逐时冷负呈荷瓣表孤2册炮展馆的逐时冷这负蛛荷欺浅计算时间袜1液0鼓：位00够1范1不：谨00农1犯2馋：误00起1帜3娱：闲00禽1债4描：胖00端1怪5按：公00蜡1云6陕：煤00窄冷负荷劲（满k馒W油）蓄2763.6栽3140.3杂3272.3兔3375.8戴3389.2咱3253.2猴3001.0该平均负荷榴（阳kW/m各2翁）曾213.2彻242.3川252.5欲260.5槐261.5撞251.0指231.6半注明：室内新惨风量为镜66000m炊3贤/h拉展馆的最大冷盘负荷值出现在供下皮午绘14:0矮0堡点；这是由于续展馆的围护结迷构均为轻型材啊料，蓄热能力炊小；且屋顶能群透射一定的太侦阳光，展馆室柜内负荷大小受亿室外环境影响趟很大。恩(2)岭割展厅的室内负孕荷分布廉展馆室内冷负愈荷达到最大时黑，各项负荷值锤见兆表蕉3围表耀3搭斧展馆冷负荷分今布织仙项目明空调区围护结秋构冷负荷垮空调区内部热牌源冷负荷税新风冷负荷蚁非空调区辐射堤转移冷负荷泥非空调区对流土转移冷负荷洒冷负荷辈（貌k值W拍）刷212.73讨1354.4许645.5衣1081.3叛95.4阴比例紫6%迅40%暗19%吹32%俭3%饼总和件3389.3正3薪负荷分布图见叮下图：歌如图所示：围镇护结构为半透棋明材质的高大齿建筑，通过非震空调区向空调威区转移的辐射予热负荷占的比幅重较大，相应虏的对流转移的杏负荷比例要小毕很多。剥(3)匙脚非空调区辐射宝热转移冷负荷停分布朽表葬4舌吸辐射热转移负秤荷分艳布否己项目戴非空调区外墙祖对地板的辐射收热量杀透过非空调区折外墙被地板吸荣收的热量痒非空调区屋顶宿对地板的辐射追热量才透过非空调区抄屋顶被地板吸莫收的热量获冷负塌荷抓(释kW)辫18.15.胳层435.51誉1355.2裤2活比例堆1.0%录2.7%吨23.4%即72.9%玩由餐表拜4杠所示，非空调光区向空调区辐蚂射热转移负荷病主要是屋顶转艇移负荷，其中爆以屋顶透射产吐生的转移负荷柔为主体。这说薄明屋顶材料的及透光率是影响罚辐射转移负荷浊的最主要因素股(4)紧涛屋顶采用不同慎膜材时，建筑葡冷负荷比较辣计算比较下桨午织1逆4铜：厕0啄0虾的负荷值，结兆果见傻表蝇5矩表欠5抹艇不同屋顶材料汉建筑的冷负荷岭值堡灵蚕①咳号诉②察号拣③堂号找空调区围护结繁构冷负荷散212.73桨212.73星212.73帜空调区内部热损源冷负荷嗽1354.4旺1354.4柱1354.4晕新风冷负荷纵645.5尽645.5劈645.5王非空调区辐射膨转移冷负荷剥1081.3狱725.3简504.9拣非空调区对流趋转移冷负荷加95.4诸29.7榆43.84叉室内冷负荷督（酿k弄W骆）赏3389.3江3闲2277.6急2104.8乱如表中所示，治屋顶采够用躁①网号膜材时，建肤筑冷负荷值最雷大，屋顶采披用神③寸号膜材，冷负服荷值最小；主背要因为屋顶采驼用扯③佛号膜材，没有活太阳光透射进规入房间，辐射拳转巡移量大大减少周；相勇比促①患号膜材厨，稳②票号膜材的透光批率及吸收率较复小，屋顶辐射狂减少，由此可旱以得到屋顶采应用半透明材料夹，降低材料的逼透光率有利于寿降低建筑的冷夜负荷。貌(5)铃棉屋顶采用单、哨双层膜材的建狗筑冷负荷对比羡以爱①撕号膜材为例，梳单层膜材的透系光率惊为拣13搅%充，而双层膜材劫透光率仅亭为三8争%滤，由于辐射转赠移负荷中透射伸负荷占主导，奏不考虑两层膜稳之间的空气热料阻，计算屋顶唤采用单双层膜之材的建筑冷负臣荷见扰表寿6居表确6向县建筑屋顶采用诊单双层膜材冷丑负膜荷袄渡培丈单层业双层播差额饶百分比既空调区冷负嗽荷熔(户kW)电3389.3轧3匀2985.4出7苦403.86者11.9%张如校表你6村所示，采用双范层膜材忽略空止气层热阻，冷闷负荷降倘低龙11.9江%技；实际上膜层躁间的空气热阻膨对膜材的传热钞系数影响很大新，采用双层膜功材的实际冷负民荷可能比且表添6碍中的计算值还