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气膜运动馆:新材料带来新体验

更新时间:2018-12-20 08:06

  

  冬季气温骤降,在户外运动已经不再那么“爽利”,再加上一些地方冬天空气状况不好,使得很多热爱户外运动的人们选择在市内体育馆锻炼。而在一些城市,不断出现一种大气球状的充气体育馆,在南方,也开始出现这样大气球状的滑雪馆、滑冰馆。

  原来,这些大气球状的运动馆就是所谓的气膜运动馆,这种气膜建筑也称为“空气支撑结构”,是以新型膜材料为建筑外壳,并配备一套智能化的运行控制系统,为完全密闭的气膜建筑内部提供空气压力,使整体建筑内部始终保持对外部环境的正压,从而靠内外部压力差把建筑主体支撑起来。

  新材料是气膜主体

  1946年,美国的瓦尔特-勃德首次在位于北冰洋的加拿大“都尔”雷达站建成了一座利用气体支撑的薄膜式穹顶,气膜材料为尼龙纤维布,用于美国军用雷达保护罩,而后美国又于 1963 年在纽约建成了世界上第一座气膜网球馆。

  目前气膜运动馆所用膜材一般由基层、涂层、面层组成。基层主要为膜材提供力学性能,涂层、面层则为膜材提供抗老化、防幅射、增强自洁性等特理性能。常用的基层主要有玻璃纤维与聚酯纤维,常用的涂层则有聚四氟乙烯(PTFE)与聚氯乙烯(PVC)。一般以玻璃纤维织物为基层、以聚四氟乙烯为涂层的膜材简称PTFE膜材,而以聚酯纤维为基层、以聚氯乙烯为涂层的膜材称之为PVC膜材。为改善膜材的性能,常在其表面再涂以面层如聚偏氟乙烯(PVDF),聚氟乙烯(PVF),丙烯酸脂等,增强原有膜材料的耐污染和抗老化性能。

  近年来,新型的全透明和半透明的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜材开始在气膜建筑上应用。ETFE膜材具有高抗拉强度、抗冲击强度及抗撕裂能力,也被称为软玻璃,是一种越来越受市场欢迎的膜材料。这种材料在我国最典型的应用案例就是“水立方”了。ETFE膜材料不设基层,具有极好的物理性能,其耐磨、耐擦、耐高温、耐腐蚀均很优秀,能在-200℃~150℃的温度范围内保持性能稳定,具有极好的气候适应性。别看它的厚度一般只有0.05~0.25毫米,但是却非常的坚固,在支撑起的气膜上面放一辆汽车都不会压坏。此外,ETFE膜材还具有极高的透光性。以0.20mm厚的ETFE膜材为例,单层透明膜材的透光率高达95%,在白天场馆依靠自然光就可以满足气膜内的照明需求,减少了照明设备的使用时间。ETFE膜材表面非常光滑,灰尘不易附着,具有很好的自洁性能,表面灰尘、污垢依靠雨水自然冲刷即可除去,清洁周期大大延长,一般来说。5年进行一次清洁工作就足够了。

  据了解,这些新兴气膜材料的使用寿命都长达二三十年,防火等级为Bl级,属难燃材料,防火性能好。业内人士分析,气膜运动馆之所以能够在近几年得以高速发展,关键在于基础膜材料已具备使用条件,为大规模使用提供了基础支撑。

  隔离雾霾空气优

  气膜运动馆的主体由具有阻隔性的薄膜材料构成,膜材的阻隔性、密闭性,可以极大的阻断室外灰尘和雾霾进入室内。进入气膜运动馆的气体,一般都需要经过严格的空气过滤系统,以保障内部空气质量。在室外PM值达到400的情况下,室内空气的PM值却可以控制在30以下,达到我们常说的空气质量为优的级别。

  除了PM值的控制之外,气膜运动馆中还有众多实时数据监控,包括室内压力、室内温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、甲醛浓度等。在这里不仅不会呼吸有困难,反而会吸入到比外部更新鲜的空气。北京体育大学曾在2013年对北京朝阳公园气膜结构的李宁羽毛球馆进行过运动测试,数据显示:通过机械系统内的空间净化单元对室内空气进行过滤,对一氧化碳、二氧化碳、甲醛等有害气体的有效监控、实现了负离子、紫外线杀菌等功能,为体育爱好者提供了优质的运动环境。

  气膜运动馆的建设,等于在雾霾的穹顶之下再建造一个隔离它的穹顶,让人们能够在一个相对安全健康的穹顶之下锻炼身体。

  打造四季滑雪场

  目前国内滑雪场的雪基本都是依靠人工造雪,但也需要外界环境满足一定的条件,如果温度过高或者是湿度不够,造雪机也很难造出雪来。另一方面,温度过高时,雪道上的雪融化会加快,从而增加滑雪场的运营成本。这也使得滑雪成为是一种受季节限制的运动,受气候的影响,北方的滑雪场可以经营4~6个月的时间,而南方的滑雪场则会短很多。

  而对滑冰场馆来说,冰面温度要求保持恒定,以-4℃~-2℃为宜,冰面不因于温度太低而太硬,也不能由于温度太高而太软。其他冰雪项目的温度浮动范围也较为恒定,例如冰球馆的温度变化区域不能超过5摄氏度,保持温度的难度和成本都较高。

  而气膜建筑却可以帮助我们打造出一年四季都可运作的“气膜室内滑雪场”。在气膜的帮助下,能够将滑雪场里的温度、湿度、风力、风向等都进行控制,温度等调节完全由气膜内部的智能控制系统自主调节,气膜运动馆恒温恒压的优良建筑特点就能充分发挥出来。期末运动馆室内无柱无梁结构,没有跨度、高度限制,和室外自然滑雪场体验一样,再加上气膜材料的外观设计不受限制,因此可以打造梦幻造型滑雪馆,让滑雪馆的外观更唯美。

  近些年来,国家体育总局冬季运动管理中心积极拓展“北冰南移”,将短道速滑世界杯、花样滑冰大奖赛等赛事放在上海、南京等地举行,甚至在江苏、云南等省市设置了冬季项目队伍。而支撑着这一“北冰南移”决定的,正是我们的气膜馆。

  应用越来越广泛

  气膜运动馆里面既没有梁,也没有柱子,还没有窗户,跨度可以达到180米,你每平方米自重不超过3公斤,整个空间非常开阔。由于膜具有透光性,白天能够充分利用日照光度,无需补光,非常节约能源,与传统建筑相比,气膜场馆有着显著的优势,投资成本低、可移动、环保、施工周期短,以石景山启迪冰雪运动中心为例,气膜冰球A、B两馆的落成时间仅隔一周,这一速度在传统建筑行业不可想象。单位面积成本仅为钢结构的五分之一,建成后使用的综合能耗也仅为钢结构建筑的一半。

  气膜场馆显著的优势。除应用于网球场馆、羽毛球馆、游泳馆、高尔夫练习馆、室内足球场、冰球馆和多功能运动场等体育设施,还被应用到工业,采矿,建筑,军事和仓储等领域。

  命名了四种化学元素的村子

  伊特比(Ytterby)是一个村子的名字,这个村子位于瑞典,看起来平平无奇,大概会是那种除了当地人之外很少有人知道的地方。但是,这里却是一个实实在在化学界的圣地:有七种元素的发现都源于这里,其中直接用伊特比命名的化学元素就有多达四种。

  这要从当地的伊特比矿场讲起。伊特比矿场本来是当地人开采长石的地方,长石虽然不是什么稀有的矿物,但它可以制作瓷器,在当地有较大的市场需求。1787年,化学家Carl Axel Arrhenius在这个矿场里发现了一种奇怪的、沉重的黑色矿石,他把这些石头命名为“ytterbite”,并将样本送到了他的朋友化学家Johan Gadolin那里。Johan Gadolin从这些矿石中首先得到了一种新金属元素的氧化物——氧化钇(Y2O3)。这是人们所知道的第一种稀土化合物,钇的命名就来源于伊特比,它被叫作Yttrium。这种矿石后来也被命名为Gadolinite,即硅铍钇矿。

  在此之后,研究者们又陆续从伊特比的矿石中分离出了更多新的稀土元素。其中有四种元素的名字都是直接取自伊特比:钇(Yttrium)、镱(Ytterbium)、铽(Terbium)和铒(Erbium)。新的元素还在继续发现,但是继续用Ytterby的几个字母实在不太合适,于是化学家们终于放弃了这种命名方式。其他通过当地矿石发现的元素分别是钬(Holmium)、铥(Thulium)和钪(Scandium)。

  这些元素的发现十分重要,它们不仅完善了元素周期表,而且各种稀土元素在后来都发现了相当重要的用途。例如著名的“高温超导体”钇钡铜氧,其中就含有在伊特比发现的钇元素。一个小村子为什么能带来这么多新元素发现?这其中自然有一些巧合,但也与稀土元素的特性有关。稀土金属元素在自然界常常结伴出现,而且它们彼此之间分离比较困难,所以从同一个地方的矿石里就可以持续地分离发现新的元素。

  

 

 

 

 

 

 

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