智能混凝土材料在綠色生態(tài)節(jié)能建筑中的應用
2008-10-06 00:00
當前,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)代先進技術對樓宇、社區(qū)進行控制、通信和治理。如智能大廈是以綜合布線為基礎,結(jié)合樓宇自動化系統(tǒng)（BA） 、辦公自動化系統(tǒng)（OA） 、和綜合通信系統(tǒng)（CA） 等子系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)代辦公和生活的理想場所。而智能小區(qū)則由小區(qū)網(wǎng)絡通信、閉路電視監(jiān)控、周界防范、可視對講、小區(qū)一卡通、停車場治理、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(tǒng)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(jù)報道,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而成為負擔;更重要的是,過分強調(diào)現(xiàn)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(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)的應用,還應該把節(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中去,實現(xiàn)資源的有效持續(xù)利用,節(jié)能節(jié)水節(jié)地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現(xiàn)社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內(nèi)部子系統(tǒng),還應包括能源優(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。要實現(xiàn)上述目標是一個復雜的系統(tǒng)工程,這其中,基于智能建筑材料的開發(fā)應用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模擬生命系統(tǒng),能感知環(huán)境變化,并及時改變自身的性能參數(shù),作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應的復合材料或材料的復合。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用廣泛,結(jié)構型智能建筑材料可對建筑結(jié)構的性能進行預先的檢測和預告,不僅大大減少結(jié)構維護費用,更重要的是可避免由于結(jié)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(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,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統(tǒng)實現(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(jié)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(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。
2） 調(diào)濕混凝土
通過添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測室內(nèi)環(huán)境溫度,并根據(jù)需要進行調(diào)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(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統(tǒng),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(diào)節(jié)環(huán)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(yǎng)。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(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合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質(zhì)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(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,實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)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(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)使用過程中,除了獲得高技術性能外,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,綠色混凝土重點在于對環(huán)境無害,而生態(tài)混凝土強調(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)過程中,通過改進生產(chǎn)工藝、更新設備、充分使用工業(yè)廢料等手段,體現(xiàn)出節(jié)能、利廢、保護環(huán)境的宗旨。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
上述傳統(tǒng)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(tǒng)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(jù)報道,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而成為負擔;更重要的是,過分強調(diào)現(xiàn)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(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)的應用,還應該把節(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中去,實現(xiàn)資源的有效持續(xù)利用,節(jié)能節(jié)水節(jié)地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現(xiàn)社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內(nèi)部子系統(tǒng),還應包括能源優(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。要實現(xiàn)上述目標是一個復雜的系統(tǒng)工程,這其中,基于智能建筑材料的開發(fā)應用是非常重要的一方面。
1、智能建筑材料
智能材料是指模擬生命系統(tǒng),能感知環(huán)境變化,并及時改變自身的性能參數(shù),作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應的復合材料或材料的復合。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用廣泛,結(jié)構型智能建筑材料可對建筑結(jié)構的性能進行預先的檢測和預告,不僅大大減少結(jié)構維護費用,更重要的是可避免由于結(jié)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(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,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統(tǒng)實現(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。
[Page]
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(jié)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(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。
2） 調(diào)濕混凝土
通過添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測室內(nèi)環(huán)境溫度,并根據(jù)需要進行調(diào)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(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統(tǒng),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(diào)節(jié)環(huán)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(yǎng)。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(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合,提高吸附能力,使混凝土具有凈化水質(zhì)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(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,實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)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(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)使用過程中,除了獲得高技術性能外,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,綠色混凝土重點在于對環(huán)境無害,而生態(tài)混凝土強調(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)過程中,通過改進生產(chǎn)工藝、更新設備、充分使用工業(yè)廢料等手段,體現(xiàn)出節(jié)能、利廢、保護環(huán)境的宗旨。
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