當前,以智能大廈和智能小區為代表的智能建筑,主要指的是利用現代先進技術對樓宇、社區進行控制、通信和管理。如智能大廈是以綜合布線為基礎,結合樓宇自動化系統(BA)、辦公自動化系統(OA)、和綜合通信系統(CA)等子系統實現現代辦公和生活的理想場所。而智能小區則由小區網絡通信、閉路電視監控、周界防范、可視對講、小區一卡通、停車場管理、智能化物業管理、智能家居等子系統組成,以提供一個安全、舒適、便利的社區居住環境。
上述傳統智能化技術的應用有諸多缺點。例如,這些基于電氣自動化計算機技術的系統過于復雜,維護工作量大;且存在建筑物使用周期長而智能化技術更新周期短的矛盾;據報道,許多智能化集成系統建成后利用率低,甚至是閑置不用從而不可避免地迅速貶值進而成為負擔;更重要的是,過分強調現代通信電子技術的使用,帶來建筑物的高能耗,直接提高了使用成本,比如北京上海一些高檔寫字樓,由于使用能耗過高導致出租率租金偏低。
要實現真正意義上的智能型建筑,不僅體現在建筑內部弱電系統的應用,還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去,實現資源的有效持續利用,節能節水節地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現社會、經濟、環境效益的高度統一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統,還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物管理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等,充分體現建筑與周圍環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性,充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程,這其中,基于智能建筑材料的開發應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統,能感知環境變化,并及時改變自身的性能參數,作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應用廣泛,結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預報,不僅大大減少結構維護費用,更重要的是可避免由于結構破壞而造成的嚴重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料,則主要體現出在節能環保、綠色生態等智能化建筑元素中的作用。
以建筑中的功能元素之一濕度調節為例,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC(Heating,Ventilating,andAirConditioning)系統實現,能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能,可以充分加以利用。傳統材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用,二者都可隨空氣濕度的變化吸收或放出水分。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯,如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。
2、混凝土
除水泥、水、砂、石及化學外加劑外的添加第六組分,不僅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種混凝土,可提供特殊的綠色節能生態功能。
1)電磁屏蔽混凝土
通過摻入金屬粉末導電纖維等低電阻導體材料,在提高混凝土結構性能的同時,能夠屏蔽和吸收電磁波,降低電磁輻射污染,提高室內電視影像和通訊質量。
2)調濕混凝土
通過添加關鍵組分納米天然沸石粉制成,可探測室內環境溫度,并根據需要進行調控,滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求,相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統,使用和維護成本低。
3)透水混凝土
具備良好的透水透氣性,可增加地表透水、透氣面積,調節環境溫度、濕度,減少城市熱島效應,維持地下水位和植物生長。
4)生物相容型混凝土
利用混凝土良好的透水透氣性,提供植物生長所需營養。陸地上可種植小草,形成植被混凝土,用于河川護堤的綠化美化;淡水海水中可棲息浮游動物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,調節生態平衡。
5)抗菌混凝土
在傳統混凝土中加入納米抗菌防霉組分,使混凝土具有抑制霉菌生長和滅菌效果,
6)凈水生態混凝土
將高活性凈水組分與多孔混凝土復合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質功能和適應生物生息場所及自然景觀效果,用于淡水資源凈化和海水凈化。
7)凈化空氣混凝土
在砂漿和混凝土中添加納米二氧化鈦等光催化劑,制成光催化混凝土,分解去除空氣中的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學吸附、離子交換和稀土激活等空氣凈化形式,可起到有效凈化甲醛、苯等室內有毒揮發物,減少二氧化碳濃度等作用。
8)再生混凝土
將廢棄混凝土經過處理,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,節約資源。
9)溫度自監控混凝土
通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產生熱電效應,實現對建筑物內部和周圍環境溫度變化的實時測量。此外尚存在通過水泥基復合材料的熱電效應利用太陽能和室內外溫差為建筑物提供電能的可能性。
10)綠色高性能混凝土
在混凝土的生產使用過程中,除了獲得高技術性能外,還綜合體現出節約能源資源,不破壞環境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點在于對環境無害,而生態混凝土強調的是直接有益于環境。
11)綠色生態水泥
在水泥的生產過程中,通過改進生產工藝、更新設備、充分使用工業廢料等手段,體現出節能、利廢、保護環境的宗旨。
3、涂料
自然界中的微生物環境給人類健康帶來的隱患和威脅不容忽視,據WHO的統計數字顯示僅1995年因細菌傳染造成死亡的人數就達1700萬,前幾年出現的SARS病毒使人們更加重視保健抗菌材料。
納米材料因近似大分子水平的粒徑,具有大比表面積高表面活性,故化學催化和光催化能力強。以混凝土、涂料、玻璃、陶瓷、磚、板材或其它應用形式出現的納米建材,可具備同時憎水憎油特性,將抗菌成份銀、銅等離子及其化合物結合與其中,使其依靠自身能量激活水氧產生活性,使材料表面具有自清潔防污、防霉、防毒、防霧防露、抗菌、凈化環境等功能。納米技術的發展為人們設計功能復合建筑材料提供了廣闊的空間,以下介紹幾種典型的應用形式。
1)室外凈化空氣涂料
外墻涂料在陽光下爆曬后激活其中的光催化劑捕捉空氣污染物,由于表面不易產生靜電作用,抗污性好,易清潔,雨水也能夠將被吸收的污染物沖刷。這類涂料在國外已進入實用階段,如意大利Ecopaint產品,據稱在5年使用周期內可大量吸收汽車尾氣和有毒煙霧等有害氣體。此類涂料的凈化原理之一是涂料中的二氧化鈦和碳酸鈣球形粒子與多孔硅酮材料混合,通過紫外線把大氣中的氮氧化物和硫氧化物等轉變成硝酸和硫酸,從而被沖刷或中和。
2)室內環境凈化涂料
添加稀土激活無機抗菌凈化材料,能夠較好地凈化VOC、NOx、NH3等室內環境污染氣體,其凈化原理與室外涂料類似;同時,在光催化反應過程中生成的自由基和超氧化物,能夠有效分解有機物,從而起到殺菌作用;此外,利用表面二氧化鈦的超親水效應,使表面去污方便快捷。為充分發揮上述自清潔效果,也可把納米成份用于瓷磚表面,使用在室內廚房、衛生間或內墻等部位;或用于玻璃表面,使用在汽車、建筑的采光玻璃上,使清洗變得容易。
3)智能乳膠漆
在組分中加入“可逆變光劑”、“復合高分子穩定劑”等符合材料,使產品可自動調節光亮度自動適應環境。
4)負離子功能涂料
增加室內空氣中負離子濃度,產生具有森林功能的效果,吸收二氧化碳及有害氣體,抑菌除臭。
5)阻熱防水涂料
其關鍵組分是有無數閉合腔體的微泡玻璃球,當用于金屬表面時,可堵漏隔熱防銹。當用于瀝青表面時,可反射幾乎全部的太陽能量,且增強瀝青的抗老化性能。用于剛性防水屋面也能發揮極佳的防水隔熱效果。此類產品當前有美國專利索士蘭防水涂料、臺灣快意斷熱膠等。
6)露珠仙外墻涂料
仿生荷葉葉面微結構,利用荷葉效應產生自清潔效果,讓塵埃易隨雨水清除,同時抑制菌類藻類繁殖,并具有防水防紫外線、透氣耐侯性好等特點。
4、玻璃
玻璃作為建筑采光材料具有不可替代性,玻璃及其深加工制品作為裝飾裝修材料的應用面正在逐年擴大,利用玻璃材料獨具的光電特性制造的多功能材料將會在節能綠色建筑中扮演重要角色。除了傳統的節能玻璃制作工藝如中空玻璃、吸熱玻璃和熱反射玻璃以外,近年來出現了很多的新技術新產品。
低輻射(Low－E)玻璃:附加一層金屬氧化膜,可通過太陽輻射中的可見光,阻隔占太陽輻射能量49%的紅外頻譜部分,與普通透明玻璃相比,它可以反射40%～70%的熱輻射,但只遮擋20%的可見光,與普通玻璃配合使用,組成雙層中空窗,有很好的保溫隔熱節能效果。同時由于對可見光的反射率低,用于玻璃幕墻減低反射光引起的光污染。
智能玻璃:玻璃在不同太陽輻射作用下,能夠根據需要改變遮陽系數,從而減少日射得熱。根據變色原理,可分成以下幾種。
1)光致變色玻璃利用金屬鹵化物或光學變色塑料,當陽光中的紫外線越強,變色材料越暗,減少可見光通過、吸收熱輻射。
2)熱變色玻璃熱變色材料會隨著溫度變化而改變其光學特性,受熱引起化學反應或材料的相變,從而改變顏色,使太陽輻射被散射或被吸收。如在雙層玻璃夾層中含有一層水溶性聚合纖維,由聚合物分子受熱產生定向排列使透明度改變。
3)液晶玻璃分散液晶在電場作用下產生定向排列,改變透明度。如其中的針狀液晶通電時晶體水平排列,玻璃變透明,斷電時晶體豎直排列,玻璃吸收散射太陽輻射。
4)電致變色玻璃通過低壓直流電的驅動,使電變色材料(如W03)變暗,能夠根據需要連續調光,同時能消除日照中99%的紫外線。
5)電泳玻璃雙層玻璃面上有透明的導電涂層,中間充滿懸浮液,當通電時,懸浮液中的黑色針狀懸浮顆粒產生定向排列,改變透明度,根據電壓大小也可連續調光。
上述各種智能玻璃的應用多側重于減少太陽能對室內的熱輻射,若從相反的能源利用的角度出發,可使用德弗恩霍夫太陽能研究所發明的一種透光隔熱材料,將陽光轉變為熱能,通過窗體導入室內,同時又能保護室內熱量不向外散發,可有效節約冬季取暖能耗。
日本日前開發一種鑲有發熱玻璃的窗戶叫“窗暖”,是在玻璃中熔入導電金屬元素,通入小功率電流使玻璃發熱,可防止冬季結霜,消除室內空氣因受冷而向下流動,夏季阻擋紅外線等。
5、其它
1)環保磚一種使用形式是利用自身多孔結構和表面涂覆材料,有效吸收汽車尾氣和一氧化碳等有害氣體;另有一種“燒結型透水保濕路面磚”,用工業廢料制成,具有良好的透水透氣性,實現環保加生態的雙重效果。
2)碳纖維電熱板材在吊頂板、墻板、地板或其它裝飾板制作中加入碳纖維,通電輻射供暖,熱效率高近100%,安全節能無污染,方便操作,散熱均勻,溫度可自由調節,是一種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層,上面噴涂照明、供暖、能量存儲、信息顯示等微元素粒子,利用有機光電太陽能電池供電,制成電子墻壁,提供變換多姿的裝飾效果,其中的相轉變材料可在白天蓄熱,晚上供熱。
4)功能型高晶板材傳統的石膏板具有保溫隔熱裝飾性好等諸多優良的功能特點,以及特殊的“呼吸”作用,即可以調節室內的空氣濕度,在此基礎上,在基本材料中加入富含銀離子的納米無機抗菌材料,或摻入負離子經化學反應增加空氣負離子濃度,可起到殺菌抑菌除臭作用,有效用作內墻板、吊頂板、防火面板等。
5)太陽能轉換材料太陽能利用是智能建筑的重要內容,除了傳統的光-熱轉換,用光-電轉換材料將太陽能直接轉換為電能的太陽能瓦,將太陽能電池與與建筑材料構件融為一體,體現太陽能與建筑的完美融合。此外,以可見光作光源,以聚合物光纖作轉換材料實現光-光轉換的光纖照明技術,可有效克服當前傳統照明技術的耗能、輻射、易損、污染等缺點,應用前景廣闊。
6)TIM材料一種半透明絕熱塑料(Transpar2entInsulatedMaterial),用保護玻璃、遮陽卷簾、TIM層、空氣層、吸熱面層、結構層等制成復合透明隔熱外墻,拓展了傳統復合墻體的保溫隔熱功能,兼有采光隔熱吸熱流通空氣等作用。
7)相轉變材料(PhaseChangeMaterial,PCM)是利用相變過程中吸收或釋放的熱量來進行潛熱儲能的物質,具有儲能密度大、效率高以及近似恒定溫度下吸熱與放熱等優點,可用于儲能和溫度控制,在太陽能利用、廢熱回收、空調建筑物、調溫調濕、保溫材料等方面用途廣泛。若作為開發智能建筑材料的功能元素,是一種很有前途的節能材料。
PCM可與多種基本建筑材料結合,發展多種應用形式。例如可用于改善室內溫度穩定性及空調系統工況的平穩性,從而提高熱舒適性、節省能源;也可用于混凝土中制成具有溫度自動控制和自動調節功能的智能混凝土;還可用于防止道路、橋梁、飛機跑道等在冬夜結冰。如已開發的PCM恒溫智能墻體材料和恒溫智能水泥砂漿,能夠提高墻體蓄熱能力,增強夏季隔熱和冬季保溫效果。清華大學研制的超低能耗示范樓中圍護結構采用PCM作蓄熱體,在冬季白天儲存由玻璃幕墻或窗戶進入室內的太陽輻射熱,晚上向室內散發,使室內溫度波動不超過6攝氏度。
6、結語
隨著時代的發展,建筑物的智能化建設會愈加深入,智能建筑的內容與涵義隨著科技的發展不斷延伸,其功能也在不斷擴展,以滿足人們日益增長的各種需要。具有關預測表明,在本世紀中葉,建筑業將步入高科技建材時期,以聚合混凝土和強化塑料為代表的新型建材成為主流。當前,智能建筑材料已由設計階段進入試驗、實驗、實用階段,將各類智能材料有機組合在建筑物結構中,構建起一個個具有生命特征的建筑物,會成為未來智能建筑的重要內容。
上述傳統智能化技術的應用有諸多缺點。例如,這些基于電氣自動化計算機技術的系統過于復雜,維護工作量大;且存在建筑物使用周期長而智能化技術更新周期短的矛盾;據報道,許多智能化集成系統建成后利用率低,甚至是閑置不用從而不可避免地迅速貶值進而成為負擔;更重要的是,過分強調現代通信電子技術的使用,帶來建筑物的高能耗,直接提高了使用成本,比如北京上海一些高檔寫字樓,由于使用能耗過高導致出租率租金偏低。
要實現真正意義上的智能型建筑,不僅體現在建筑內部弱電系統的應用,還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去,實現資源的有效持續利用,節能節水節地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現社會、經濟、環境效益的高度統一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統,還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物管理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等,充分體現建筑與周圍環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性,充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程,這其中,基于智能建筑材料的開發應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統,能感知環境變化,并及時改變自身的性能參數,作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應用廣泛,結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預報,不僅大大減少結構維護費用,更重要的是可避免由于結構破壞而造成的嚴重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料,則主要體現出在節能環保、綠色生態等智能化建筑元素中的作用。
以建筑中的功能元素之一濕度調節為例,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC(Heating,Ventilating,andAirConditioning)系統實現,能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能,可以充分加以利用。傳統材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用,二者都可隨空氣濕度的變化吸收或放出水分。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯,如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。
2、混凝土
除水泥、水、砂、石及化學外加劑外的添加第六組分,不僅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種混凝土,可提供特殊的綠色節能生態功能。
1)電磁屏蔽混凝土
通過摻入金屬粉末導電纖維等低電阻導體材料,在提高混凝土結構性能的同時,能夠屏蔽和吸收電磁波,降低電磁輻射污染,提高室內電視影像和通訊質量。
2)調濕混凝土
通過添加關鍵組分納米天然沸石粉制成,可探測室內環境溫度,并根據需要進行調控,滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求,相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統,使用和維護成本低。
3)透水混凝土
具備良好的透水透氣性,可增加地表透水、透氣面積,調節環境溫度、濕度,減少城市熱島效應,維持地下水位和植物生長。
4)生物相容型混凝土
利用混凝土良好的透水透氣性,提供植物生長所需營養。陸地上可種植小草,形成植被混凝土,用于河川護堤的綠化美化;淡水海水中可棲息浮游動物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,調節生態平衡。
5)抗菌混凝土
在傳統混凝土中加入納米抗菌防霉組分,使混凝土具有抑制霉菌生長和滅菌效果,
6)凈水生態混凝土
將高活性凈水組分與多孔混凝土復合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質功能和適應生物生息場所及自然景觀效果,用于淡水資源凈化和海水凈化。
7)凈化空氣混凝土
在砂漿和混凝土中添加納米二氧化鈦等光催化劑,制成光催化混凝土,分解去除空氣中的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學吸附、離子交換和稀土激活等空氣凈化形式,可起到有效凈化甲醛、苯等室內有毒揮發物,減少二氧化碳濃度等作用。
8)再生混凝土
將廢棄混凝土經過處理,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,節約資源。
9)溫度自監控混凝土
通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產生熱電效應,實現對建筑物內部和周圍環境溫度變化的實時測量。此外尚存在通過水泥基復合材料的熱電效應利用太陽能和室內外溫差為建筑物提供電能的可能性。
10)綠色高性能混凝土
在混凝土的生產使用過程中,除了獲得高技術性能外,還綜合體現出節約能源資源,不破壞環境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點在于對環境無害,而生態混凝土強調的是直接有益于環境。
11)綠色生態水泥
在水泥的生產過程中,通過改進生產工藝、更新設備、充分使用工業廢料等手段,體現出節能、利廢、保護環境的宗旨。
3、涂料
自然界中的微生物環境給人類健康帶來的隱患和威脅不容忽視,據WHO的統計數字顯示僅1995年因細菌傳染造成死亡的人數就達1700萬,前幾年出現的SARS病毒使人們更加重視保健抗菌材料。
納米材料因近似大分子水平的粒徑,具有大比表面積高表面活性,故化學催化和光催化能力強。以混凝土、涂料、玻璃、陶瓷、磚、板材或其它應用形式出現的納米建材,可具備同時憎水憎油特性,將抗菌成份銀、銅等離子及其化合物結合與其中,使其依靠自身能量激活水氧產生活性,使材料表面具有自清潔防污、防霉、防毒、防霧防露、抗菌、凈化環境等功能。納米技術的發展為人們設計功能復合建筑材料提供了廣闊的空間,以下介紹幾種典型的應用形式。
1)室外凈化空氣涂料
外墻涂料在陽光下爆曬后激活其中的光催化劑捕捉空氣污染物,由于表面不易產生靜電作用,抗污性好,易清潔,雨水也能夠將被吸收的污染物沖刷。這類涂料在國外已進入實用階段,如意大利Ecopaint產品,據稱在5年使用周期內可大量吸收汽車尾氣和有毒煙霧等有害氣體。此類涂料的凈化原理之一是涂料中的二氧化鈦和碳酸鈣球形粒子與多孔硅酮材料混合,通過紫外線把大氣中的氮氧化物和硫氧化物等轉變成硝酸和硫酸,從而被沖刷或中和。
2)室內環境凈化涂料
添加稀土激活無機抗菌凈化材料,能夠較好地凈化VOC、NOx、NH3等室內環境污染氣體,其凈化原理與室外涂料類似;同時,在光催化反應過程中生成的自由基和超氧化物,能夠有效分解有機物,從而起到殺菌作用;此外,利用表面二氧化鈦的超親水效應,使表面去污方便快捷。為充分發揮上述自清潔效果,也可把納米成份用于瓷磚表面,使用在室內廚房、衛生間或內墻等部位;或用于玻璃表面,使用在汽車、建筑的采光玻璃上,使清洗變得容易。
3)智能乳膠漆
在組分中加入“可逆變光劑”、“復合高分子穩定劑”等符合材料,使產品可自動調節光亮度自動適應環境。
4)負離子功能涂料
增加室內空氣中負離子濃度,產生具有森林功能的效果,吸收二氧化碳及有害氣體,抑菌除臭。
5)阻熱防水涂料
其關鍵組分是有無數閉合腔體的微泡玻璃球,當用于金屬表面時,可堵漏隔熱防銹。當用于瀝青表面時,可反射幾乎全部的太陽能量,且增強瀝青的抗老化性能。用于剛性防水屋面也能發揮極佳的防水隔熱效果。此類產品當前有美國專利索士蘭防水涂料、臺灣快意斷熱膠等。
6)露珠仙外墻涂料
仿生荷葉葉面微結構,利用荷葉效應產生自清潔效果,讓塵埃易隨雨水清除,同時抑制菌類藻類繁殖,并具有防水防紫外線、透氣耐侯性好等特點。
4、玻璃
玻璃作為建筑采光材料具有不可替代性,玻璃及其深加工制品作為裝飾裝修材料的應用面正在逐年擴大,利用玻璃材料獨具的光電特性制造的多功能材料將會在節能綠色建筑中扮演重要角色。除了傳統的節能玻璃制作工藝如中空玻璃、吸熱玻璃和熱反射玻璃以外,近年來出現了很多的新技術新產品。
低輻射(Low－E)玻璃:附加一層金屬氧化膜,可通過太陽輻射中的可見光,阻隔占太陽輻射能量49%的紅外頻譜部分,與普通透明玻璃相比,它可以反射40%～70%的熱輻射,但只遮擋20%的可見光,與普通玻璃配合使用,組成雙層中空窗,有很好的保溫隔熱節能效果。同時由于對可見光的反射率低,用于玻璃幕墻減低反射光引起的光污染。
智能玻璃:玻璃在不同太陽輻射作用下,能夠根據需要改變遮陽系數,從而減少日射得熱。根據變色原理,可分成以下幾種。
1)光致變色玻璃利用金屬鹵化物或光學變色塑料,當陽光中的紫外線越強,變色材料越暗,減少可見光通過、吸收熱輻射。
2)熱變色玻璃熱變色材料會隨著溫度變化而改變其光學特性,受熱引起化學反應或材料的相變,從而改變顏色,使太陽輻射被散射或被吸收。如在雙層玻璃夾層中含有一層水溶性聚合纖維,由聚合物分子受熱產生定向排列使透明度改變。
3)液晶玻璃分散液晶在電場作用下產生定向排列,改變透明度。如其中的針狀液晶通電時晶體水平排列,玻璃變透明,斷電時晶體豎直排列,玻璃吸收散射太陽輻射。
4)電致變色玻璃通過低壓直流電的驅動,使電變色材料(如W03)變暗,能夠根據需要連續調光,同時能消除日照中99%的紫外線。
5)電泳玻璃雙層玻璃面上有透明的導電涂層,中間充滿懸浮液,當通電時,懸浮液中的黑色針狀懸浮顆粒產生定向排列,改變透明度,根據電壓大小也可連續調光。
上述各種智能玻璃的應用多側重于減少太陽能對室內的熱輻射,若從相反的能源利用的角度出發,可使用德弗恩霍夫太陽能研究所發明的一種透光隔熱材料,將陽光轉變為熱能,通過窗體導入室內,同時又能保護室內熱量不向外散發,可有效節約冬季取暖能耗。
日本日前開發一種鑲有發熱玻璃的窗戶叫“窗暖”,是在玻璃中熔入導電金屬元素,通入小功率電流使玻璃發熱,可防止冬季結霜,消除室內空氣因受冷而向下流動,夏季阻擋紅外線等。
5、其它
1)環保磚一種使用形式是利用自身多孔結構和表面涂覆材料,有效吸收汽車尾氣和一氧化碳等有害氣體;另有一種“燒結型透水保濕路面磚”,用工業廢料制成,具有良好的透水透氣性,實現環保加生態的雙重效果。
2)碳纖維電熱板材在吊頂板、墻板、地板或其它裝飾板制作中加入碳纖維,通電輻射供暖,熱效率高近100%,安全節能無污染,方便操作,散熱均勻,溫度可自由調節,是一種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層,上面噴涂照明、供暖、能量存儲、信息顯示等微元素粒子,利用有機光電太陽能電池供電,制成電子墻壁,提供變換多姿的裝飾效果,其中的相轉變材料可在白天蓄熱,晚上供熱。
4)功能型高晶板材傳統的石膏板具有保溫隔熱裝飾性好等諸多優良的功能特點,以及特殊的“呼吸”作用,即可以調節室內的空氣濕度,在此基礎上,在基本材料中加入富含銀離子的納米無機抗菌材料,或摻入負離子經化學反應增加空氣負離子濃度,可起到殺菌抑菌除臭作用,有效用作內墻板、吊頂板、防火面板等。
5)太陽能轉換材料太陽能利用是智能建筑的重要內容,除了傳統的光-熱轉換,用光-電轉換材料將太陽能直接轉換為電能的太陽能瓦,將太陽能電池與與建筑材料構件融為一體,體現太陽能與建筑的完美融合。此外,以可見光作光源,以聚合物光纖作轉換材料實現光-光轉換的光纖照明技術,可有效克服當前傳統照明技術的耗能、輻射、易損、污染等缺點,應用前景廣闊。
6)TIM材料一種半透明絕熱塑料(Transpar2entInsulatedMaterial),用保護玻璃、遮陽卷簾、TIM層、空氣層、吸熱面層、結構層等制成復合透明隔熱外墻,拓展了傳統復合墻體的保溫隔熱功能,兼有采光隔熱吸熱流通空氣等作用。
7)相轉變材料(PhaseChangeMaterial,PCM)是利用相變過程中吸收或釋放的熱量來進行潛熱儲能的物質,具有儲能密度大、效率高以及近似恒定溫度下吸熱與放熱等優點,可用于儲能和溫度控制,在太陽能利用、廢熱回收、空調建筑物、調溫調濕、保溫材料等方面用途廣泛。若作為開發智能建筑材料的功能元素,是一種很有前途的節能材料。
PCM可與多種基本建筑材料結合,發展多種應用形式。例如可用于改善室內溫度穩定性及空調系統工況的平穩性,從而提高熱舒適性、節省能源;也可用于混凝土中制成具有溫度自動控制和自動調節功能的智能混凝土;還可用于防止道路、橋梁、飛機跑道等在冬夜結冰。如已開發的PCM恒溫智能墻體材料和恒溫智能水泥砂漿,能夠提高墻體蓄熱能力,增強夏季隔熱和冬季保溫效果。清華大學研制的超低能耗示范樓中圍護結構采用PCM作蓄熱體,在冬季白天儲存由玻璃幕墻或窗戶進入室內的太陽輻射熱,晚上向室內散發,使室內溫度波動不超過6攝氏度。
6、結語
隨著時代的發展,建筑物的智能化建設會愈加深入,智能建筑的內容與涵義隨著科技的發展不斷延伸,其功能也在不斷擴展,以滿足人們日益增長的各種需要。具有關預測表明,在本世紀中葉,建筑業將步入高科技建材時期,以聚合混凝土和強化塑料為代表的新型建材成為主流。當前,智能建筑材料已由設計階段進入試驗、實驗、實用階段,將各類智能材料有機組合在建筑物結構中,構建起一個個具有生命特征的建筑物,會成為未來智能建筑的重要內容。
