论文部分内容阅读
摘要：生态节能建筑是建筑发展的必然方向。材料作为建筑的物质基础,发挥着前所未有的重要作用。通过将材料与生态节能建筑结合的三个层面:功能结合、生态循环、多角度呈现入手。本文以材料及案例为例，通过生态节能技术和智能材料利用技术在建筑中的具体应用，从而体现现阶段我国的建筑材料在智能化建筑中的功能，从而达到建筑节能降耗要求。
关键字： 生态节能材料 智能建筑材料智能建筑 能源优化 水热光气声环境优化
Abstract: the ecological energy-saving building is building the necessity of the development direction. As the material basis of building materials, is playing a more important role. Through the will of energy-saving building materials and ecology of the combination of the three dimensions: function combination, ecological cycle and perspectives, starting with present. Based on the materials and case as an example, through the ecological energy-saving technology and intelligent material use of technology in the building in the specific application, so as to express the at present in China building materials in the function of intelligent building, so as to achieve the building saving energy and reducing consumption requirements.
Key word: ecological energy-saving material intelligent building materials intelligent building energy optimization water hot phosgene sound environment optimization
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
要实现真正意义上的智能型建筑,不仅体现在建筑内部弱电系统的应用,必须把节能、环保、绿色、生态等发展可持续建筑的战略思想宗旨融入建筑的智能化建设中去,实现资源的有效持续利用,节能节水节地,减少废弃物,减低或消除污染,减小地球负荷,体现社会、经济、环境效益的高度统一。
所以,智能建筑的建设不应仅局限于建筑内部子系统,还应包括能源优化系统、生态绿化系统、废弃物管理与处置系统、水热光气声环境优化系统等,充分体现建筑与周围环境的协调关系以及自身的稳定性可持续性,充分体现绿色建筑节能建筑和生态建筑的思想内容。要实现上述目标是一个复杂的系统工程,这其中,基于智能建筑材料的开发应用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模仿生命系统,能感知环境变化,并及时改变自身的性能参数,作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。仿生命感觉和自我调节是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的应用广泛,结构型智能建筑材料可对建筑结构的性能进行预先的检测和预报,不仅大大减少结构维护费用,更重要的是可避免由于结构破坏而造成的严重危害。而本文讨论的功能型智能建筑材料,则主要体现出在节能环保、绿色生态等智能化建筑元素中的作用。
以建筑中的功能元素之一湿度调节为例,若使用当前的智能建筑技术,需要通过HVAC(Heating,Ventilating,andAirConditioning)系统实现,能耗很大。而一些建筑材料本身具有调节湿度的功能,可以充分加以利用。传统材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用,二者都可随空气湿度的变化吸收或放出水分。新开发的某些智能材料其调湿作用更加明显,如下文讨论的调湿混凝土、相转变材料等。
2、混凝土种类
除水泥、水、砂、石及化学外加剂外的添加第六组分,不仅可以改善混凝土的使用性能,一些特殊的功能型智能型添加物以及一些特种混凝土,可提供特殊的绿色节能生态功能。
1)电磁屏蔽混凝土
通过掺入金属粉末导电纤维等低电阻导体材料,在提高混凝土结构性能的同时,能够屏蔽和吸收电磁波,降低电磁辐射污染,提高室内电视影像和通讯质量。
2)生物相容型混凝土
利用混凝土良好的透水透气性,提供植物生长所需营养。陆地上可种植小草,形成植被混凝土,用于河川护堤的绿化美化;淡水海水中可栖息浮游动物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,调节生态平衡。
3)抗菌混凝土
在传统混凝土中加入纳米抗菌防霉组分,使混凝土具有抑制霉菌生长和灭菌效果,。
4)净化空气混凝土
在砂浆和混凝土中添加纳米二氧化钛等光催化剂,制成光催化混凝土,分解去除空气中的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体。另外还有物理吸附、化学吸附、离子交换和稀土激活等空气净化形式,可起到有效净化甲醛、苯等室内有毒挥发物,减少二氧化碳浓度等作用。
5)再生混凝土
将废弃混凝土经过处理,部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土,減少城市垃圾,节约资源。
6)温度自监控混凝土
通过掺入适量的短切碳纤维到水泥基材料中,使混凝土产生热电效应,实现对建筑物内部和周围环境温度变化的实时测量。此外尚存在通过水泥基复合材料的热电效应利用太阳能和室内外温差为建筑物提供电能的可能性。
3、涂料
自然界中的微生物环境给人类健康带来的隐患和威胁不容忽视,据WHO的统计数字显示仅1995年因细菌传染造成死亡的人数就达1700万,前几年出现的SARS病毒使人们更加重视保健抗菌材料。
纳米材料因近似大分子水平的粒径,具有大比表面积高表面活性,故化学催化和光催化能力强。以混凝土、涂料、玻璃、陶瓷、砖、板材或其它应用形式出现的纳米建材,可具备同时憎水憎油特性,将抗菌成份银、铜等离子及其化合物结合与其中,使其依靠自身能量激活水氧产生活性,使材料表面具有自清洁防污、防霉、防毒、防雾防露、抗菌、净化环境等功能。纳米技术的发展为人们设计功能复合建筑材料提供了广阔的空间,以下介绍几种典型的应用形式。
1)室外净化空气涂料
外墙涂料在阳光下爆晒后激活其中的光催化剂捕捉空气污染物,由于表面不易产生静电作用,抗污性好,易清洁,雨水也能够将被吸收的污染物冲刷。这类涂料在国外已进入实用阶段,如意大利Ecopaint产品,据称在5年使用周期内可大量吸收汽车尾气和有毒烟雾等有害气体。此类涂料的净化原理之一是涂料中的二氧化钛和碳酸钙球形粒子与多孔硅酮材料混合,通过紫外线把大气中的氮氧化物和硫氧化物等转变成硝酸和硫酸,从而被冲刷或中和。
2)室內环境净化涂料
添加稀土激活无机抗菌净化材料,能够较好地净化VOC、NOx、NH3等室内环境污染气体,其净化原理与室外涂料类似;同时,在光催化反应过程中生成的自由基和超氧化物,能够有效分解有机物,从而起到杀菌作用;此外,利用表面二氧化钛的超亲水效应,使表面去污方便快捷。为充分发挥上述自清洁效果,也可把纳米成份用于瓷砖表面,使用在室内厨房、卫生间或内墙等部位;或用于玻璃表面,使用在汽车、建筑的采光玻璃上,使清洗变得容易。
3)智能乳胶漆
在组分中加入“可逆变光剂”、“复合高分子稳定剂”等符合材料,使产品可自动调节光亮度自动适应环境。
4)负离子功能涂料
增加室内空气中负离子浓度,产生具有森林功能的效果,吸收二氧化碳及有害气体,抑菌除臭。
5)阻热防水涂料
其关键组分是有无数闭合腔体的微泡玻璃球,当用于金属表面时,可堵漏隔热防锈。当用于沥青表面时,可反射几乎全部的太阳能量,且增强沥青的抗老化性能。用于刚性防水屋面也能发挥极佳的防水隔热效果。此类产品当前有美国专利索士兰防水涂料、台湾快意断热胶等。
4、玻璃
玻璃作为建筑采光材料具有不可替代性,玻璃及其深加工制品作为装饰装修材料的应用面正在逐年扩大,利用玻璃材料独具的光电特性制造的多功能材料将会在节能绿色建筑中扮演重要角色。除了传统的节能玻璃制作工艺如中空玻璃、吸热玻璃和热反射玻璃以外,近年来出现了很多的新技术新产品。
低辐射(Low－E)玻璃:附加一层金属氧化膜,可通过太阳辐射中的可见光,阻隔占太阳辐射能量49%的红外频谱部分,与普通透明玻璃相比,它可以反射40%～70%的热辐射,但只遮挡20%的可见光,与普通玻璃配合使用,组成双层中空窗,有很好的保温隔热节能效果。同时由于对可见光的反射率低,用于玻璃幕墙减低反射光引起的光污染。
5、其它
1)环保砖一种使用形式是利用自身多孔结构和表面涂覆材料,有效吸收汽车尾气和一氧化碳等有害气体;另有一种“烧结型透水保湿路面砖”,用工业废料制成,具有良好的透水透气性,实现环保加生态的双重效果。
2)碳纤维电热板材在吊顶板、墙板、地板或其它装饰板制作中加入碳纤维,通电辐射供暖,热效率高近100%,安全节能无污染,方便操作,散热均匀,温度可自由调节,是一种典型的智能化多功能板材。
3)智能毯用柔性聚酯膜材料做基层,上面喷涂照明、供暖、能量存储、信息显示等微元素粒子
6、结论-发展趋势
随着时代的发展,建筑物的智能化建设会愈加深入,智能建筑的内容与涵义随着科技的发展不断延伸,其功能也在不断扩展,以满足人们日益增长的各种需要。具有关预测表明,在本世纪中叶,建筑业将步入高科技建材时期,以聚合混凝土和强化塑料为代表的新型建材成为主流。当前,智能建筑材料已由设计阶段进入试验、实验、实用阶段,将各类智能材料有机组合在建筑物结构中,构建起一个个具有生命特征的建筑物,会成为未来智能建筑的重要内容。
关键字： 生态节能材料 智能建筑材料智能建筑 能源优化 水热光气声环境优化
Abstract: the ecological energy-saving building is building the necessity of the development direction. As the material basis of building materials, is playing a more important role. Through the will of energy-saving building materials and ecology of the combination of the three dimensions: function combination, ecological cycle and perspectives, starting with present. Based on the materials and case as an example, through the ecological energy-saving technology and intelligent material use of technology in the building in the specific application, so as to express the at present in China building materials in the function of intelligent building, so as to achieve the building saving energy and reducing consumption requirements.
Key word: ecological energy-saving material intelligent building materials intelligent building energy optimization water hot phosgene sound environment optimization
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
要实现真正意义上的智能型建筑,不仅体现在建筑内部弱电系统的应用,必须把节能、环保、绿色、生态等发展可持续建筑的战略思想宗旨融入建筑的智能化建设中去,实现资源的有效持续利用,节能节水节地,减少废弃物,减低或消除污染,减小地球负荷,体现社会、经济、环境效益的高度统一。
所以,智能建筑的建设不应仅局限于建筑内部子系统,还应包括能源优化系统、生态绿化系统、废弃物管理与处置系统、水热光气声环境优化系统等,充分体现建筑与周围环境的协调关系以及自身的稳定性可持续性,充分体现绿色建筑节能建筑和生态建筑的思想内容。要实现上述目标是一个复杂的系统工程,这其中,基于智能建筑材料的开发应用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模仿生命系统,能感知环境变化,并及时改变自身的性能参数,作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。仿生命感觉和自我调节是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的应用广泛,结构型智能建筑材料可对建筑结构的性能进行预先的检测和预报,不仅大大减少结构维护费用,更重要的是可避免由于结构破坏而造成的严重危害。而本文讨论的功能型智能建筑材料,则主要体现出在节能环保、绿色生态等智能化建筑元素中的作用。
以建筑中的功能元素之一湿度调节为例,若使用当前的智能建筑技术,需要通过HVAC(Heating,Ventilating,andAirConditioning)系统实现,能耗很大。而一些建筑材料本身具有调节湿度的功能,可以充分加以利用。传统材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用,二者都可随空气湿度的变化吸收或放出水分。新开发的某些智能材料其调湿作用更加明显,如下文讨论的调湿混凝土、相转变材料等。
2、混凝土种类
除水泥、水、砂、石及化学外加剂外的添加第六组分,不仅可以改善混凝土的使用性能,一些特殊的功能型智能型添加物以及一些特种混凝土,可提供特殊的绿色节能生态功能。
1)电磁屏蔽混凝土
通过掺入金属粉末导电纤维等低电阻导体材料,在提高混凝土结构性能的同时,能够屏蔽和吸收电磁波,降低电磁辐射污染,提高室内电视影像和通讯质量。
2)生物相容型混凝土
利用混凝土良好的透水透气性,提供植物生长所需营养。陆地上可种植小草,形成植被混凝土,用于河川护堤的绿化美化;淡水海水中可栖息浮游动物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,调节生态平衡。
3)抗菌混凝土
在传统混凝土中加入纳米抗菌防霉组分,使混凝土具有抑制霉菌生长和灭菌效果,。
4)净化空气混凝土
在砂浆和混凝土中添加纳米二氧化钛等光催化剂,制成光催化混凝土,分解去除空气中的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体。另外还有物理吸附、化学吸附、离子交换和稀土激活等空气净化形式,可起到有效净化甲醛、苯等室内有毒挥发物,减少二氧化碳浓度等作用。
5)再生混凝土
将废弃混凝土经过处理,部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土,減少城市垃圾,节约资源。
6)温度自监控混凝土
通过掺入适量的短切碳纤维到水泥基材料中,使混凝土产生热电效应,实现对建筑物内部和周围环境温度变化的实时测量。此外尚存在通过水泥基复合材料的热电效应利用太阳能和室内外温差为建筑物提供电能的可能性。
3、涂料
自然界中的微生物环境给人类健康带来的隐患和威胁不容忽视,据WHO的统计数字显示仅1995年因细菌传染造成死亡的人数就达1700万,前几年出现的SARS病毒使人们更加重视保健抗菌材料。
纳米材料因近似大分子水平的粒径,具有大比表面积高表面活性,故化学催化和光催化能力强。以混凝土、涂料、玻璃、陶瓷、砖、板材或其它应用形式出现的纳米建材,可具备同时憎水憎油特性,将抗菌成份银、铜等离子及其化合物结合与其中,使其依靠自身能量激活水氧产生活性,使材料表面具有自清洁防污、防霉、防毒、防雾防露、抗菌、净化环境等功能。纳米技术的发展为人们设计功能复合建筑材料提供了广阔的空间,以下介绍几种典型的应用形式。
1)室外净化空气涂料
外墙涂料在阳光下爆晒后激活其中的光催化剂捕捉空气污染物,由于表面不易产生静电作用,抗污性好,易清洁,雨水也能够将被吸收的污染物冲刷。这类涂料在国外已进入实用阶段,如意大利Ecopaint产品,据称在5年使用周期内可大量吸收汽车尾气和有毒烟雾等有害气体。此类涂料的净化原理之一是涂料中的二氧化钛和碳酸钙球形粒子与多孔硅酮材料混合,通过紫外线把大气中的氮氧化物和硫氧化物等转变成硝酸和硫酸,从而被冲刷或中和。
2)室內环境净化涂料
添加稀土激活无机抗菌净化材料,能够较好地净化VOC、NOx、NH3等室内环境污染气体,其净化原理与室外涂料类似;同时,在光催化反应过程中生成的自由基和超氧化物,能够有效分解有机物,从而起到杀菌作用;此外,利用表面二氧化钛的超亲水效应,使表面去污方便快捷。为充分发挥上述自清洁效果,也可把纳米成份用于瓷砖表面,使用在室内厨房、卫生间或内墙等部位;或用于玻璃表面,使用在汽车、建筑的采光玻璃上,使清洗变得容易。
3)智能乳胶漆
在组分中加入“可逆变光剂”、“复合高分子稳定剂”等符合材料,使产品可自动调节光亮度自动适应环境。
4)负离子功能涂料
增加室内空气中负离子浓度,产生具有森林功能的效果,吸收二氧化碳及有害气体,抑菌除臭。
5)阻热防水涂料
其关键组分是有无数闭合腔体的微泡玻璃球,当用于金属表面时,可堵漏隔热防锈。当用于沥青表面时,可反射几乎全部的太阳能量,且增强沥青的抗老化性能。用于刚性防水屋面也能发挥极佳的防水隔热效果。此类产品当前有美国专利索士兰防水涂料、台湾快意断热胶等。
4、玻璃
玻璃作为建筑采光材料具有不可替代性,玻璃及其深加工制品作为装饰装修材料的应用面正在逐年扩大,利用玻璃材料独具的光电特性制造的多功能材料将会在节能绿色建筑中扮演重要角色。除了传统的节能玻璃制作工艺如中空玻璃、吸热玻璃和热反射玻璃以外,近年来出现了很多的新技术新产品。
低辐射(Low－E)玻璃:附加一层金属氧化膜,可通过太阳辐射中的可见光,阻隔占太阳辐射能量49%的红外频谱部分,与普通透明玻璃相比,它可以反射40%～70%的热辐射,但只遮挡20%的可见光,与普通玻璃配合使用,组成双层中空窗,有很好的保温隔热节能效果。同时由于对可见光的反射率低,用于玻璃幕墙减低反射光引起的光污染。
5、其它
1)环保砖一种使用形式是利用自身多孔结构和表面涂覆材料,有效吸收汽车尾气和一氧化碳等有害气体;另有一种“烧结型透水保湿路面砖”,用工业废料制成,具有良好的透水透气性,实现环保加生态的双重效果。
2)碳纤维电热板材在吊顶板、墙板、地板或其它装饰板制作中加入碳纤维,通电辐射供暖,热效率高近100%,安全节能无污染,方便操作,散热均匀,温度可自由调节,是一种典型的智能化多功能板材。
3)智能毯用柔性聚酯膜材料做基层,上面喷涂照明、供暖、能量存储、信息显示等微元素粒子
6、结论-发展趋势
随着时代的发展,建筑物的智能化建设会愈加深入,智能建筑的内容与涵义随着科技的发展不断延伸,其功能也在不断扩展,以满足人们日益增长的各种需要。具有关预测表明,在本世纪中叶,建筑业将步入高科技建材时期,以聚合混凝土和强化塑料为代表的新型建材成为主流。当前,智能建筑材料已由设计阶段进入试验、实验、实用阶段,将各类智能材料有机组合在建筑物结构中,构建起一个个具有生命特征的建筑物,会成为未来智能建筑的重要内容。