新一代超低能耗建筑材料即將上市

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(biāo)，他們都應(yīng)該在建筑設(shè)計(jì)中充分考慮限制碳排放量，來應(yīng)對(duì)不斷變化的氣候環(huán)境。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，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(yùn)用于建筑中進(jìn)行推廣。從先進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(xiàng)技術(shù)，業(yè)主和項(xiàng)目管理人員能夠通過手機(jī)應(yīng)用程序來調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的光通量，最終達(dá)到節(jié)約能源的目的。

達(dá)到新高度的工程木材

在運(yùn)用混合木材之前，建筑中常常運(yùn)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(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)。相比起傳統(tǒng)木材，CLT具有多項(xiàng)能源優(yōu)勢(shì)，它的跨度能夠達(dá)到10英尺（約3米），長度達(dá)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(jiān)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(dá)到63%，但制成復(fù)合板材，其使用率能高達(dá)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(jìn)一步提高整個(gè)建筑圍護(hù)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(dú)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(rèn)證和被動(dòng)式建筑標(biāo)準(zhǔn)。

為迷你住宅帶來巨大優(yōu)勢(shì)的真空保溫板（VIP）

當(dāng)前趨勢(shì)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(chǔ)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(hù)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(huì)（NRC）曾經(jīng)對(duì)這種材料進(jìn)行了長達(dá)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(dá)30年的時(shí)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(shí)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(yùn)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(cè)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(yùn)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(huì)有廢物產(chǎn)生。新一代墻體框架面板很好地解決了這個(gè)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(yùn)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?yàn)檫@些高溫因素會(huì)導(dǎo)致屋面的膨脹或收縮。

根據(jù)“建筑設(shè)計(jì)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(gè)大型城市綠植屋面能夠?yàn)槌鞘杏行婢?7000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(shí)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(cè)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(rèn)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(chǔ)更多的移動(dòng)熱量。雖然目前還處于概念階段，但Spong3D系統(tǒng)仍具有實(shí)現(xiàn)的可能。

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

Todd Sims是美國化學(xué)委員會(huì)（簡稱ACC）的主要負(fù)責(zé)人員，他負(fù)責(zé)管理建筑與建造部門的外聯(lián)工作，從而建造出安全、高效、可持續(xù)發(fā)展的建筑。同時(shí)他也是高性能建筑核心小組的主要成員，Sims曾經(jīng)在市場(chǎng)轉(zhuǎn)型研究所（簡稱IMT）任職，在那里他開發(fā)了多項(xiàng)建筑節(jié)能策略，同時(shí)他也是56位州長任命的代表人，負(fù)責(zé)建筑能耗的相關(guān)事宜。