建筑结构中常用膜屋面的太阳辐射特性

膜屋面是应用广泛的建筑材料，其太阳辐射系数显著影响其下方钢结构的热环境。

本研究通过系统试样试验，获得了乙烯四氟乙烯（ETFE）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、热塑性烯烃（TPO）和聚乙烯（PE）等常见膜屋面材料的太阳辐射系数。
在夏季太阳辐射下测量了不同类型膜屋面下钢板的温度。提出并验证了一种数值模拟方法。

根据试验结果和数值分析得出以下结论：

1. ETFE和PE膜具有高达0.8的太阳辐射透过率，可以通过印刷银点和增加厚度来有效改性。
2. PTFE、PVDF和TPO膜的太阳辐射透过率相对较低，低于0.25。
3. ETFE和PE膜以下钢结构在夏季温度超过61.7°C，比环境空气温度至少高出27.7°C。
4. PTFE、PVDF、TPO膜以下钢结构在夏季温度超过41.2°C，比环境空气温度至少高出7.2°C。
    

由于其轻巧和美观的外观，近年来膜屋面已普遍用于大跨度钢结构例如英国的伊甸园项目、和中国的北京国家游泳中心等。
然而，鉴于这些膜屋顶的高太阳透过率，大量的太阳辐射可以穿过它们并照射到它们下面的钢结构上。因此，钢结构的温度明显高于相应的环境空气温度，从而在钢结构上引起显着的热应力和热位移因此，太阳辐射下的不均匀热荷载是大跨度膜屋面钢结构的关键荷载。 

在一些大跨度钢结构中，钢构件可以设置在上膜屋面和下膜屋面之间的封闭空间内;这种结构的一个很好的例子是中国国家体育场。
在国家体育场中，钢构件由上部乙烯四氟乙烯（ETFE）膜顶（高透射率）和下部聚四氟乙烯（PTFE）膜顶（低日光透过率）围护。因此，相当数量的辐射能可以通过上部ETFE膜顶板进入封闭空间，但只有少量的辐射能可以通过下部PTFE膜顶板。如前所述，形成了一个封闭的暖箱，在太阳辐射下，在钢构件上诱发了一个显著而复杂的非均匀温度场。

目前对膜材料的研究主要集中在制造技术、力学性能、热性能和设计方法。只有少数研究涉及太阳辐射特性，这些特性显着影响建筑物的室内热环境和屋顶以下钢结构的温度。此外，近年来还开展了几项膜屋面下室内环境热能研究工作。测量并模拟了膜结构下建筑空间中的热环境。考虑ETFE材料的长波传输特性，并解释了估算表面温度、热损失和太阳能增益的方法的必要性。