ETFE氣墊的工作原理
1.ETFE氣墊中空氣的作用
(1)穩(wěn)定作用 氣墊內(nèi)的空氣使表面的ETFE膜材形成張力,維持形狀并提供剛度。
(2)傳遞外荷載將作用于外表面的荷載傳遞給內(nèi)表面或?qū)⒆饔糜趦?nèi)表面的室內(nèi)正壓傳給外表面的膜材料。
(3)隔熱氣墊是良好的隔熱層。對于多層氣墊,通常外層用0.20mm、中間層用0.05mm、內(nèi)層用0.15mm厚的ETFE膜材;氣墊的層數(shù)取決于隔熱的要求。
2.外荷載的傳遞及氣墊的承載能力
在內(nèi)壓作用下,氣墊表面的ETFE膜材受拉,這個拉力將傳遞給支承氣墊的邊界構(gòu)件(通常為鋁合金構(gòu)架)。當(dāng)外荷載(風(fēng)壓力、雪載等)作用于氣墊表面時(shí),氣墊的外表面會發(fā)生變形,通過氣墊內(nèi)氣壓的作用,氣墊內(nèi)表面的張力將會增大;當(dāng)作用于氣墊外表面的風(fēng)作用為吸力時(shí),氣墊外表面的張力則會增大。相應(yīng)地,作用于邊界構(gòu)件上的力也會發(fā)生改變。當(dāng)多個氣墊組合在一起時(shí),相鄰單元間的作用會相互平衡,僅在整個結(jié)構(gòu)邊緣處,支承結(jié)構(gòu)承受氣墊表面?zhèn)鱽淼淖饔昧?。氣墊的承載能力取決于所用ETFE膜材的厚度、氣墊的跨度、矢高、形狀和充氣壓力。以5m跨度的長方形氣墊為例,一般可承受2kN/m2以上的風(fēng)吸力和3kN/m的雪荷載。通過在氣墊內(nèi)部采用不銹鋼支架或索網(wǎng)加強(qiáng)的方法,可獲得更大的跨度或承載能力。
3.氣墊內(nèi)空氣壓力的變化與調(diào)節(jié)
氣墊內(nèi)的空氣壓力決定了氣墊的剛度和承載能力,即氣墊內(nèi)的壓力越大,氣墊表面的ETFE膜材張得就越緊,氣墊的剛度就越大。在強(qiáng)風(fēng)或降雪時(shí),需要增加氣墊內(nèi)的氣壓,以增強(qiáng)氣墊的剛度和承載能力,防止外層膜因受壓而發(fā)生曲面翻轉(zhuǎn)。ETFE氣墊的內(nèi)壓可以隨外荷載的不同在200~800Pa之間變化。另一方面,由于太陽光的照射,氣墊內(nèi)的空氣溫度會升高,體積膨脹,導(dǎo)致壓力增大。為保證氣墊的安全,當(dāng)氣墊的內(nèi)壓超過限值時(shí),需要排氣減壓;當(dāng)沒有陽光照射、溫度下降后,又需要充氣補(bǔ)壓。
4.控制系統(tǒng)及充氣設(shè)備
由于ETFE氣墊內(nèi)的空氣壓力需要不間斷地監(jiān)控、調(diào)節(jié),每個氣墊上都要有連通管連接到控制系統(tǒng)及充氣設(shè)備上??刂葡到y(tǒng)及充氣設(shè)備包括動力(含應(yīng)急動力供應(yīng))設(shè)備、氣泵(至少兩臺,一用一備)、控制柜、空氣凈化器(除濕、除塵)、感應(yīng)器、減壓閥、單向閥連通管等。由于氣墊內(nèi)、外表面的溫度不同,濕空氣進(jìn)入氣墊后會在氣墊內(nèi)結(jié)露,影響氣墊的透光率及外觀,故要進(jìn)行除濕處理。由于氣泵的作用僅僅是維持氣墊內(nèi)的氣壓,因而消耗的能量非常低。以總面積1000m2的ETFE氣墊為例,一般需要一臺功率為220W的備用氣泵,一臺功率為100W的工作氣泵。工作泵在壓力感應(yīng)器控制下工作,運(yùn)行時(shí)間為額定時(shí)間的50%左右,即實(shí)際能量消耗約50W。