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膜结构应用在有保温隔热需求的建筑上时,可以采用双层膜或多层膜的构造方式,也可在两层膜之间夹保温材料。多层膜的传热系数可由试验测定;也可以按下面的计算方法,初步确定。
单一匀质材料层的热阻计算公式:
R =δ / λ
式中:
R:材料层的热阻 (m2·K)/W
δ:材料层的厚度 (m)
λ:材料层的导热系数 W/(m·K)
多层匀质材料层组成的围护结构平壁的热阻计算公式:
R = R1+ R2 +......+ Rn
R1,R2,.....Rn:各层材料的热阻 (m2·K)/W
围护结构平壁的传热阻计算公式:Ro= Ri + R + Re式中:Ro:围护结构的传热阻 (m2·K)/WRi:内表面换热阻 (m2·K)/WRe:外表面换热阻 (m2·K)/WR:围护结构平壁的热阻 (m2·K)/W
围护结构平壁的传热系数计算公式:
K= 1 / Ro
K:围护结构平壁传热系数 W/(m2·K)
Ro:围护结构的传热阻 (m2·K)/W
下面例举三种类型的膜单元传热系数K值的计算过程一、三层ETFE的气枕膜单元的K值假设气枕的外层膜厚度0.35mm,中层膜厚度0.15mm,内层膜厚度0.25mm,ETFE膜材的导热系数λ=0.1 W/m∙K。三层膜材的热阻:R1= δ / λ=0.00035/0.1=0.0035 (m2·K) /WR2= δ / λ=0.00015/0.1=0.0015 (m2·K) /WR3= δ / λ=0.00025/0.1=0.0025 (m2·K) /W空气层热阻Rg=0.17 (m2·K) /W内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W则:此气枕膜单元总热阻:R0=Ri+R1+Rg+R2+Rg+R3+Re=0.115+0.0035+0.17+0.0015+0.17+0.0025+0.043=0.5055 (m2·K) /W此气枕膜单元的传热系数:K=1/R0=1/0.5055= 2.0 W/(m2·K)以此类推,可以计算出双层气枕膜单元的传热系数约为3.0 W/(m2·K),四层气枕膜单元的传热系数约为1.5 W/(m2·K),单层ETFE膜单元的传热系数约为6.2 W/(m2·K)。二、双层膜+保温层的气承膜单元的K值假设气承式膜结构的外膜和内膜均为P类膜材,保温层为50mm厚的双面覆铝箔玻璃纤维保温棉。外膜和内膜热阻:R1= R3=0.01 (m2·K) /W保温层热阻:R2= 0.05/0.042=1.19 (m2·K) /W内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W则:此气承膜单元总热阻:R0=Ri+R1+R2+R3+Re=0.115+0.01+1.19+0.01+0.043=1.368 (m2·K) /W此气承膜单元的传热系数:K=1/R0=1/1.368= 0.73 W/(m2·K)三、外膜+空气层+气凝胶内膜的张拉膜单元K值假设张拉膜结构的外膜为G类膜材,空气层厚度1000mm,内膜为厚度16mm的气凝胶复合保温膜。则:外膜热阻:R1=0.01 (m2·K) /W内膜热阻:R2=1.316 (m2·K) /W空气层热阻Rg=0.71 (m2·K) /W内表面换热阻Ri=0.115 (m2·K)/W外表面换热阻Re=0.043 (m2·K)/W则:此张拉膜单元总热阻:R0=Ri+R1+Rg+R2+Re=0.115+0.01+0.71+1.316+0.043=2.194 (m2·K) /W此张拉膜单元的传热系数:K=1/R0=1/2.194= 0.46 W/(m2·K)
当然,以上的计算过程做了适当的简化,一些参数取值借鉴了建筑幕墙,计算结果可应用于方案阶段的初步估算。实际上,各类膜材的热工性能,各种膜单元的构造形式,以及膜单元的边界条件,都会对整体膜结构的传热系数K值产生影响,这些都还需要进一步的理论研究和实验确定。