普及点科技知识－－理想的建筑（一）（后鲁迅）

后鲁迅

理想的建筑——环保、节能、舒适、智能（一）
“必须切实保护资源和环境，不仅安排好当前的发展，还要为子孙后代着想。决不能吃老祖宗的饭，断子孙的路，走浪费资源和先污染后治理的路子。”——***
能源是中国崛起的动力。我国正处在工业化过程中，经济发展对能源依赖比发达国家大得多。2001年我国能源费用达1.25万亿元，占GDP13％，而美国仅占7％。根据调查的情况分析表明，如果按目前趋势发展，至2020年煤炭需求将超过国内供应能力极限（27亿吨），石油进口依存度70％，使能源安全面临巨大风险。同时使用石化燃料排放CO2可能在20年代初超过美国居世界首位。而石油在本世纪将会枯竭，煤炭也将于本世纪耗尽，因此，寻找新的能源和进一步节约能源迫在眉睫。目前我国一年建成的房屋面积比所有发达国家一年建成的房屋面积总和还要多。本世纪头20年内，我国建筑业仍将迅速发展。预计到2020年，全国房屋建筑面积将达686亿平米，其中城市261亿平米。在我国历史上近几十年是房屋建设的高潮期，在世界上也是空前的。房屋在约100年的使用期间内，需要不断消耗大量的能源以维持采暖、空调、通风、电梯、供水、照明、炊事、家电等功能。现在我国既有的400多亿平方米城乡建筑中的99％为高耗能建筑，新建的数量巨大的房屋建筑中，其高耗能建筑也高达95％以上。我国单位建筑面积采暖能耗高达气候条件相近似的发达国家新建筑的3倍左右。我国建筑能耗总量大，能效低，污染重，而且这类建筑比例高，已成为影响可持续发展的重大问题。有关专家呼吁：为了缓解能源紧张的局面和国家可持续发展，必须加快推进建筑节能。可以通过对既有建筑节能改造，新建建筑按节能标准进行建设和设计，发展建筑节能产业，开辟新的再生能源方式进行节能。具体来讲，就是开源（开辟新的能源）节流（节约能量）。一、建筑物使用新型节能性的围护结构材料和产品。据报道，我国外墙传热系数比发达国家高4－5倍，屋顶传热系数比发达国家高2.5-5.5倍，窗户传热系数比发达国家高1.5-2.2倍。由此可见，房屋外围护结构节能任务非常艰巨。下面对节能效果较好的几种材料作一简介：（一）外墙体保温隔热材料和产品（给房屋“穿衣服”）1、材料：保温隔热材料有聚苯乙烯板材、聚氨酯泡沫、矿棉（用矿石高温熔化，在熔化时通入气体膨胀而成棉状）、玻璃泡沫（用玻璃粉熔化加气而成）、稻秸保温板（用稻草、麦杆、木屑等材料加水泥、胶粘剂而成）。结构材料有非粘土砖、砌块、板材等（其材料有页岩、粉煤灰、脱硫石膏、煤渣、矿渣、水泥等）。2、        产品（1）        现浇混凝土模板内置保温墙：这种保温墙体是聚苯乙烯板施工与结构浇筑同时完成。优点是可缩短工期，降低成本，而且连接可靠。但这种体系只针对现浇混凝土外墙而开发的。（2）聚苯板聚合物砂浆体系：做法是在基层墙体上粘贴聚苯乙烯板，用聚合物砂浆做防护面层。这种体系应用范围广，但工序较多。（3）聚氨酯硬泡喷涂外墙保温墙体：用机械喷涂的方法讲配好的聚氨酯喷在外墙面。优点：保温效果好，能适应复杂部位施工，缺点：成本相对聚苯板要高。（4）保温－结构－装饰一体化：采用工厂化生产的预制复合保温板的发泡聚氨酯作保温材料，浇筑成型时与饰面砖复合在一起，其优点是能工厂化、装饰化、工序少，且一次性把墙体保温装饰完成。不足之处是成本较高（原材料价高）。（5）        三位一体复合砌块：外层为装饰层（如霹裂砖仿花岗岩面）、中间嵌入聚苯板、整体是砌块材料。（二）节能门窗（包括幕墙）（给房屋“加围巾”）
窗户是建筑重要组成部分，但窗户是建筑节能薄弱环节，随着窗户面积不断扩大，建筑能耗相应增加（单层窗户总导热系数为实心墙的4倍），因此窗户玻璃的多功能化与生态化具有非常重要意义。现在平板玻璃不仅用作采光结构材料，而且向着控制光线、调节温度、节约能源、减少噪声和防火等多功能方向发展。1、中空玻璃：在中空玻璃内部充填惰性气体（如氩、氪）来提高中空玻璃的保温性能。2、真空玻璃（基于保温瓶原理）：是将二片平板玻璃四周密封起来，其间抽成准真空，并密封排气口。由于夹层空气极其稀薄，传热和传声能力变得很弱，比中空玻璃隔热、隔音、保温、防结露效果要好得多。3、热反射玻璃：热反射玻璃是用喷雾法、溅射法在玻璃表面涂上金属膜、金属氮化物膜或金属氧化物膜制成。这种玻璃能反射太阳光，降低室内温度，创造舒适环境，特别适于在夏天或热带地区使用。
4、隔热性玻璃：是在双层玻璃的夹层内的一面涂上一层特殊金属膜，由于膜的作用，太阳光能照射到室内，而室外冷空气被阻止在室外，室内的热量不会流失，特别适于在冬季或北方寒冷地区使用。
5、光致变色玻璃：是一种光致变色非晶体材料，当光线照射后，玻璃产生对光的吸收，使颜色发生变化或透明度发生变化，当光照停止后，玻璃又恢复到原来透明状态，使室内光线柔和、温度适宜。
6、复合防火玻璃：是二层以上平板玻璃内含有阻燃胶粘结而成的一种夹层玻璃。
7、抗菌玻璃：是在玻璃表面涂上一层二氧化钛薄膜，这种物质在阳光下能自行分解电子从而将空气中的氧激活为活性氧，这种活性氧将大多数病菌（病毒）杀死，同时将有害物质及油污分解成二氧化碳和氧气，从而达到消毒目的。8、自洁玻璃：在玻璃上面涂上含有纳米材料的物质，就像水珠沾不住荷叶一样自洁明亮。为了提高整体窗户的保温性能，选用导热系数低的窗框材料也甚为重要，如聚氯乙稀塑钢、断热铝合金、玻璃钢，其中以玻璃钢型材为最好。另外要注意采用低传导率的边部密封材料（密封条、胶条、毛料等）。（三）屋面保温隔热防水（给房屋“戴帽子”）1、采用聚氨泡沫做保温隔热层；2、用三元乙丙橡胶及防水卷材做防水材料；3、提高屋顶保温隔热性能，改善生态环境，采用新植屋面技术。选用喜光、耐旱、根系浅的花草做屋顶花园，做到三季有花、四季有景。（四）通风换气装置及其它当建筑围护结构保温隔热做到一定水平后，室内外通风换气形成的热量（冷量）损失就成为住宅建筑能耗重要组成部分。1、自动调节新风装置：每个楼层设置二氧化碳传感器，同时通过红外感应来判断办公室人员的数量。如果人员多了，相应二氧化碳量增多了，这时新风机组相应变频调节，增加新风量，使人感到舒适为止。若各人对舒适程度的要求不同，工位送风向每个办公人员的个人活动区域送风，以调节风口角度及出风速度来满足个体要求。2、排风热回收利用装置（如冬季利用蜂窝状铝膜式显热回收器）：用于降低冬季采暖能耗的损失。3、相变蓄热地板：为了冬季充分利用太阳辐射热量以节约采暖费用，并使室温波动减少，选择相变材料以增加房间蓄热能力。将相变温度在20－22℃的定型相变材料放在活动地板内作为部分填充物，由此形成蓄热体在冬季白天可蓄存由玻璃窗户进来的太阳辐射热（材料相变融解时吸热），晚上材料相变（固化时放热）向室内放出蓄存热量，这样保持室内温度比较稳定。4、溶液式空调系统：它既可以利用低温热源驱动，还可以减少新风处理能耗，避免新风和室内排风交叉污染，提高空气质量。由于溶液除湿系统承担建设的潜热负荷，因此用承担建筑显热负荷的冷冻水温度可以提高18℃，此温度冷源为地下水等天然冷源的使用提供了条件。
5、透光镜：利用集光机的控制器的信号，自动调节镜头朝着太阳光的照射方向，利用光导纤维将太阳光传输到室内。优点：剔除了紫外线、红外线，室内无热量散发，不影响空调负荷，使地下室、地铁站等地下设施也如在地面上一样见到阳光。
6、辐射空调系统――低温热水地板辐射采暖或毛细管网辐射空调等。与传统的空调方式（热风和冷风从头吹下）不同，辐射方式采暖或制冷温度变化均匀，给人舒适感，热效率高，节省能源40％以上。管网系统的管材一般以优质耐高温塑料为原料（PE-RT、PP或PB），低温热水辐射采暖用管材直径（外径）一般16mm或20mm，毛细管网管材直径（外径）一般为2－3mm，两端与集分水器相连，形成环路。毛细管网内循环水用于制冷时温度也在18度以上，这样制冷舒适，也不会结露。毛细管网结构可与金属板结合成模块产品，以直接与楼板或吊顶板连接，布置灵活，安装方便可靠。但这两种方式都对产品质量、安装技术和成品保护要求高，否则会发生漏水危险。
7、负离子内墙杀菌保健涂料（腻子）：它是把人们在森林中才能享受到的负离子搬到居室中，这种负离子杀菌保健涂料（腻子）除装饰性能外，还有环保健康作用，在室内连续持久释放大量负离子，被人们称为“大气中的常寿素”。
二、开辟新的能源
再生资源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等多种，再生能源日益受到重视，对其开发利用已成为世界可持续发展战略的重要组成部分。我国再生资源丰富，2/3地区地表吸收太阳能相当于17万亿吨标准煤热量，风力资源为16亿KW，地热资源储量为1353亿吨标准煤，生物质资源也十分丰富，秸杆等农作物废弃物资源为3.1亿吨标准煤，加上有机垃圾，总资源可达6.5亿吨标准煤。
（一）太阳能：太阳能既是一次能源也是再生能源，资源丰富，是一种清洁能源。太阳能在建筑中的技术应用可分为太阳光热利用技术、太阳光电利用技术及自然光利用技术。
太阳光热技术有：太阳能采暖空调技术、太阳能采热器技术、太阳能光热发电技术。
太阳能光电利用技术指太阳能光伏发电技术。几年来太阳能光伏发电技术发展很快。太阳热发电技术也在探索和发展中。
在建筑中主要应用方向是光伏发电和光热转换技术。光伏发电我国在无供电的人口地区建设独立设施，太阳光热技术方向是太阳能与建筑一体化技术，具体有：
1、太阳能的光热利用：采用真空管太阳能集热器加热空气，用作除湿溶液再生的能量来源，从而实现溶液浓缩的再生。
2、太阳能光伏发电技术：实现太阳能向电能转化，直接用于建筑供电需要（太阳能光伏发电是利用太阳能电池组将太阳能转变为电能，建筑一体化光伏发电系统，采用光电建筑一体化电池组件，可直接安装在屋面、墙面和窗户上。）建筑一体化光伏发电可看成一座小型太阳能发电站，使得建筑物从单纯耗能型变为供能型。
（二）地下

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