無論建筑師是否能夠完成2030年建筑挑戰(zhàn),亦或是追求自己的節(jié)能目標,他們都應(yīng)該在建筑設(shè)計中充分考慮限制碳排放量,來應(yīng)對不斷變化的氣候環(huán)境。

為了實現(xiàn)這些目標,市面上出現(xiàn)了越來越多的創(chuàng)新材料,建筑師們將這些材料運用于建筑中進行推廣。從先進的絕緣泡沫板到多層覆板技術(shù),新一代的高性能材料將有助于加速建筑節(jié)能的發(fā)展。

下面讓我們來具體了解一下這些高性能的建筑材料。

結(jié)合納米技術(shù)的智能窗口

普林斯頓大學(xué)研究者表明,未來的智能窗口能夠有效節(jié)省大約40%的能源消耗。研究者甚至開發(fā)出一種全新的智能窗口技術(shù),它能夠有效控制進入建筑的光和熱,并自身通過太陽能電池供電,這種技術(shù)將運用于玻璃薄膜之中。

另外,研究者正在開發(fā)一種更加靈活的應(yīng)用模式,使它能夠更加普遍地推廣。通過這項技術(shù),業(yè)主和項目管理人員能夠通過手機應(yīng)用程序來調(diào)節(jié)進入室內(nèi)的光通量,最終達到節(jié)約能源的目的。

達到新高度的工程木材

在運用混合木材之前,建筑中常常運用的是高大的彎曲橫梁。交叉層壓木材面板(CLT)作為一種新型材料,可以很好地實現(xiàn)這些設(shè)計目標。相比起傳統(tǒng)木材,CLT具有多項能源優(yōu)勢,它的跨度能夠達到10英尺(約3米),長度達40英尺(約12米),厚度甚至能夠超過1英尺(約0.3米)。

這種材料的木質(zhì)纖維可以使木材更加得堅韌,其程度甚至能超過可回收塑料。另外,在其外部增加塑料層可以讓木材保存得更加長久。研究得出,若是將一棵樹制作成傳統(tǒng)木材,這棵樹的使用率只能達到63%,但制成復(fù)合板材,其使用率能高達95%。

結(jié)構(gòu)絕緣板(SIPs)

結(jié)構(gòu)絕緣板(SIPs)的主要成分是泡沫和定向刨花板(OSB),相比起其他建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng),這種材料所消耗的能源非常少。建筑專業(yè)人員甚至已經(jīng)將SIPs用作一種常規(guī)的節(jié)能材料,進一步提高整個建筑圍護層的絕緣性能。

例如,一些制造商通過絕緣石墨聚苯乙烯(GPS)來生產(chǎn)這種材料,讓其具有獨特的灰色,還能夠有效提升面板的R值。在一些情況下,建筑專業(yè)人員和建筑師們甚至可以指定更薄的面板,來滿足不同的能耗需求。SIPs能夠滿足建筑LEED白金認證和被動式建筑標準。

為迷你住宅帶來巨大優(yōu)勢的真空保溫板(VIP)

當(dāng)前趨勢表明,美國許多的住宅規(guī)模越來越迷你,而真空保溫板(VIPs)能夠有效地節(jié)省空間。VIPs包含有密閉的多孔材料,空氣被儲存在這些密閉空間里,然后通過抽至真空將其封閉。

其內(nèi)部材料能夠有效地保護這種保溫面板,以免它在抽真空的過程中產(chǎn)生裂痕。加拿大國家研究委員會(NRC)曾經(jīng)對這種材料進行了長達5年的監(jiān)控與分析,最后得出結(jié)論,這種VIPs材料能夠在長達30年的時間里保存大約80%的熱能。

采光技術(shù)的有效提高

墻面覆蓋層是建筑表現(xiàn)的重要組成部分,同時建筑熱橋也是造成建筑能源損耗的一大主要因素。為了滿足日間的采光需求和能源效率,例如,在半透明墻體和新型多覆層墻體系統(tǒng)中可以運用填充有納米凝膠的聚碳酸酯面板。另外,用于制作聚碳酸酯面板的能源消耗只是制作玻璃的一小部分。

聚碳酸酯面板的耐沖擊性能甚至比玻璃多約250次,其測試耐受溫度的范圍是-40℃至120℃(-40℉至240℉),因此它能夠承受諸多例如暴風(fēng)雨、暴風(fēng)雪、冰雹等極端天氣。聚碳酸酯面板主要運用了絕緣納米凝膠,再結(jié)合其他材料聚合而成,相比起傳統(tǒng)的單層玻璃,這種面板能夠節(jié)約大概50%的能源。

新一代節(jié)能墻板

建造一座新建筑需要大量的材料,其中許多材料的使用率都不高,那么必定會有廢物產(chǎn)生。新一代墻體框架面板很好地解決了這個問題,相比起傳統(tǒng)的木材框架,這些墻體面板能夠減少大約40%的木質(zhì)產(chǎn)品,并且減少98%的廢棄物。

這種新型預(yù)制墻體由外部聚異氰脲酯絕緣板和墻壁內(nèi)部的噴涂聚氨酯泡沫(SPF)組成,這兩種材料都可以通過拼板裝置安裝完成。有著絕緣接頭的絕緣板也具有抗風(fēng)化的作用,這使得建筑不需要額外的外部覆層。

綠色屋頂

許多建筑師都了解綠植屋面系統(tǒng)能夠減少建筑雨水的流失,緩解城市下水道系統(tǒng)的壓力,并減少城市河流的污染。那么這種屋面系統(tǒng)是否能夠延長屋面的使用壽命、提升能源效率呢？綠色屋面系統(tǒng)運用的是PVC防水膜,可以為建筑抵擋部分紫外線輻射和過度的太陽直射,因為這些高溫因素會導(dǎo)致屋面的膨脹或收縮。

根據(jù)“建筑設(shè)計指南”上的說明,現(xiàn)存的綠色屋頂已經(jīng)有約30年的使用歷史。一個大型城市綠植屋面能夠為城市有效舒緩17000加侖(約64352升)的暴雨降水量,或者是1819000加侖(約6885664升)的常規(guī)降雨量。這些雨水可以用于植物的澆灌,從而減少50%的額外人工澆灌量。

提升熱學(xué)性能的新型3D打印技術(shù)

不久前,建筑外部元素實現(xiàn)了通過大型3D打印技術(shù)來打印完成。荷蘭研究人員近期測試了一種猜想,使用3D立面打印系統(tǒng)來優(yōu)化建筑的熱學(xué)性能。該系統(tǒng)名為“Spong3D”,有著輕盈的建筑品質(zhì)。

研究者認為,配合全年不同的氣候環(huán)境,這種新材料集合了多種優(yōu)化熱學(xué)性能的功能。其工作原理是將空氣密閉空間結(jié)合外部熱隔絕通道,從而存儲更多的移動熱量。雖然目前還處于概念階段,但Spong3D系統(tǒng)仍具有實現(xiàn)的可能。

越來越多的建筑師在為節(jié)能設(shè)計而努力著,化學(xué)制造工業(yè)的研究者們也將持續(xù)對高性能材料進行深入研究。