智能混凝土材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應(yīng)用
2008-10-06 00:00
當(dāng)前,以智能大廈和智能小區(qū)為代表的智能建筑,主要指的是利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)樓宇、社區(qū)進(jìn)行控制、通信和治理。如智能大廈是以綜合布線為基礎(chǔ),結(jié)合樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BA） 、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OA） 、和綜合通信系統(tǒng)（CA） 等子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代辦公和生活的理想場(chǎng)所。而智能小區(qū)則由小區(qū)網(wǎng)絡(luò)通信、閉路電視監(jiān)控、周界防范、可視對(duì)講、小區(qū)一卡通、停車場(chǎng)治理、智能化物業(yè)治理、智能家居等子系統(tǒng)組成,以提供一個(gè)安全、舒適、便利的社區(qū)居住環(huán)境。
上述傳統(tǒng)智能化技術(shù)的應(yīng)用有諸多缺點(diǎn)。例如,這些基于電氣自動(dòng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,維護(hù)工作量大;且存在建筑物使用周期長(zhǎng)而智能化技術(shù)更新周期短的矛盾;據(jù)報(bào)道,許多智能化集成系統(tǒng)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(jìn)而成為負(fù)擔(dān);更重要的是,過(guò)分強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代通信電子技術(shù)的使用,帶來(lái)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(guò)高導(dǎo)致出租率租金偏低。
要實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能型建筑,不僅體現(xiàn)在建筑內(nèi)部弱電系統(tǒng)的應(yīng)用,還應(yīng)該把節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)等發(fā)展可持續(xù)建筑的戰(zhàn)略思想宗旨融入建筑的智能化建設(shè)中去,實(shí)現(xiàn)資源的有效持續(xù)利用,節(jié)能節(jié)水節(jié)地,減少?gòu)U棄物,減低或消除污染,減小地球負(fù)荷,體現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
所以,智能建筑的建設(shè)不應(yīng)僅局限于建筑內(nèi)部子系統(tǒng),還應(yīng)包括能源優(yōu)化系統(tǒng)、生態(tài)綠化系統(tǒng)、廢棄物治理與處置系統(tǒng)、水熱光氣聲環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)等,充分體現(xiàn)建筑與四周環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系以及自身的穩(wěn)定性可持續(xù)性,充分體現(xiàn)綠色建筑節(jié)能建筑和生態(tài)建筑的思想內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,這其中,基于智能建筑材料的開發(fā)應(yīng)用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模擬生命系統(tǒng),能感知環(huán)境變化,并及時(shí)改變自身的性能參數(shù),作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。仿生命感覺和自我調(diào)節(jié)是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應(yīng)用廣泛,結(jié)構(gòu)型智能建筑材料可對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行預(yù)先的檢測(cè)和預(yù)告,不僅大大減少結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用,更重要的是可避免由于結(jié)構(gòu)破壞而造成的嚴(yán)重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料,則主要體現(xiàn)出在節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)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(diào)節(jié)為例,若使用當(dāng)前的智能建筑技術(shù),需要通過(guò)HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),能耗很大。而一些建筑材料本身具有調(diào)節(jié)濕度的功能,可以充分加以利用。傳統(tǒng)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(fā)的某些智能材料其調(diào)濕作用更加明顯,如下文討論的調(diào)濕混凝土、相轉(zhuǎn)變材料等。
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2、混凝土
除水泥、水、砂、石及化學(xué)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,一些非常的功能型智能型添加物以及一些特種混凝土,可提供非常的綠色節(jié)能生態(tài)功能。
1） 電磁屏蔽混凝土
通過(guò)摻入金屬粉末導(dǎo)電纖維等低電阻導(dǎo)體材料,在提高混凝土結(jié)構(gòu)性能的同時(shí),能夠屏蔽和吸收電磁波,降低電磁輻射污染,提高室內(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。
2） 調(diào)濕混凝土
通過(guò)添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度,并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控,滿足人的居住或美術(shù)館等建筑對(duì)濕度的控制要求,相比較于傳統(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復(fù)雜布線系統(tǒng),使用和維護(hù)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(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度,減少城市熱島效應(yīng),維持地下水位和植物生長(zhǎng)。
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(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)。陸地上可種植小草,形成植被混凝土,用于河川護(hù)堤的綠化美化;淡水海水中可棲息浮游動(dòng)物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。
5） 抗菌混凝土
在傳統(tǒng)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(zhǎng)和滅菌效果,
6） 凈水生態(tài)混凝土
將高活性凈水組分與多孔混凝土復(fù)合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質(zhì)功能和適應(yīng)生物生息場(chǎng)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(duì)人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學(xué)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(nèi)有毒揮發(fā)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(jīng)過(guò)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(jié)約資源。
9)溫度自監(jiān)控混凝土
通過(guò)摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產(chǎn)生熱電效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度變化的實(shí)時(shí)測(cè)量。此外尚存在通過(guò)水泥基復(fù)合材料的熱電效應(yīng)利用太陽(yáng)能和室內(nèi)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(chǎn)使用過(guò)程中,除了獲得高技術(shù)性能外,還綜合體現(xiàn)出節(jié)約能源資源,不破壞環(huán)境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境無(wú)害,而生態(tài)混凝土強(qiáng)調(diào)的是直接有益于環(huán)境。
11)綠色生態(tài)水泥
在水泥的生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、更新設(shè)備、充分使用工業(yè)廢料等手段,體現(xiàn)出節(jié)能、利廢、保護(hù)環(huán)境的宗旨。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
上述傳統(tǒng)智能化技術(shù)的應(yīng)用有諸多缺點(diǎn)。例如,這些基于電氣自動(dòng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,維護(hù)工作量大;且存在建筑物使用周期長(zhǎng)而智能化技術(shù)更新周期短的矛盾;據(jù)報(bào)道,許多智能化集成系統(tǒng)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(jìn)而成為負(fù)擔(dān);更重要的是,過(guò)分強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代通信電子技術(shù)的使用,帶來(lái)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(guò)高導(dǎo)致出租率租金偏低。
要實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能型建筑,不僅體現(xiàn)在建筑內(nèi)部弱電系統(tǒng)的應(yīng)用,還應(yīng)該把節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)等發(fā)展可持續(xù)建筑的戰(zhàn)略思想宗旨融入建筑的智能化建設(shè)中去,實(shí)現(xiàn)資源的有效持續(xù)利用,節(jié)能節(jié)水節(jié)地,減少?gòu)U棄物,減低或消除污染,減小地球負(fù)荷,體現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
所以,智能建筑的建設(shè)不應(yīng)僅局限于建筑內(nèi)部子系統(tǒng),還應(yīng)包括能源優(yōu)化系統(tǒng)、生態(tài)綠化系統(tǒng)、廢棄物治理與處置系統(tǒng)、水熱光氣聲環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)等,充分體現(xiàn)建筑與四周環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系以及自身的穩(wěn)定性可持續(xù)性,充分體現(xiàn)綠色建筑節(jié)能建筑和生態(tài)建筑的思想內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,這其中,基于智能建筑材料的開發(fā)應(yīng)用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模擬生命系統(tǒng),能感知環(huán)境變化,并及時(shí)改變自身的性能參數(shù),作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。仿生命感覺和自我調(diào)節(jié)是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應(yīng)用廣泛,結(jié)構(gòu)型智能建筑材料可對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行預(yù)先的檢測(cè)和預(yù)告,不僅大大減少結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用,更重要的是可避免由于結(jié)構(gòu)破壞而造成的嚴(yán)重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料,則主要體現(xiàn)出在節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)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(diào)節(jié)為例,若使用當(dāng)前的智能建筑技術(shù),需要通過(guò)HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),能耗很大。而一些建筑材料本身具有調(diào)節(jié)濕度的功能,可以充分加以利用。傳統(tǒng)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(fā)的某些智能材料其調(diào)濕作用更加明顯,如下文討論的調(diào)濕混凝土、相轉(zhuǎn)變材料等。
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2、混凝土
除水泥、水、砂、石及化學(xué)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,一些非常的功能型智能型添加物以及一些特種混凝土,可提供非常的綠色節(jié)能生態(tài)功能。
1） 電磁屏蔽混凝土
通過(guò)摻入金屬粉末導(dǎo)電纖維等低電阻導(dǎo)體材料,在提高混凝土結(jié)構(gòu)性能的同時(shí),能夠屏蔽和吸收電磁波,降低電磁輻射污染,提高室內(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。
2） 調(diào)濕混凝土
通過(guò)添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度,并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控,滿足人的居住或美術(shù)館等建筑對(duì)濕度的控制要求,相比較于傳統(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復(fù)雜布線系統(tǒng),使用和維護(hù)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(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度,減少城市熱島效應(yīng),維持地下水位和植物生長(zhǎng)。
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(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)。陸地上可種植小草,形成植被混凝土,用于河川護(hù)堤的綠化美化;淡水海水中可棲息浮游動(dòng)物和植物,形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土,調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。
5） 抗菌混凝土
在傳統(tǒng)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(zhǎng)和滅菌效果,
6） 凈水生態(tài)混凝土
將高活性凈水組分與多孔混凝土復(fù)合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質(zhì)功能和適應(yīng)生物生息場(chǎng)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(duì)人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學(xué)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(nèi)有毒揮發(fā)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(jīng)過(guò)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(jié)約資源。
9)溫度自監(jiān)控混凝土
通過(guò)摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產(chǎn)生熱電效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境溫度變化的實(shí)時(shí)測(cè)量。此外尚存在通過(guò)水泥基復(fù)合材料的熱電效應(yīng)利用太陽(yáng)能和室內(nèi)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(chǎn)使用過(guò)程中,除了獲得高技術(shù)性能外,還綜合體現(xiàn)出節(jié)約能源資源,不破壞環(huán)境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境無(wú)害,而生態(tài)混凝土強(qiáng)調(diào)的是直接有益于環(huán)境。
11)綠色生態(tài)水泥
在水泥的生產(chǎn)過(guò)程中,通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、更新設(shè)備、充分使用工業(yè)廢料等手段,體現(xiàn)出節(jié)能、利廢、保護(hù)環(huán)境的宗旨。
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