节能材料(这8种节能材料建筑师们一定要知道)

建筑师是否试图满足建筑2030挑战或者追求他们自己的节能使命，他们有机会设计出能够限制碳排放并能抵御气候变化的建筑。

为了帮助建筑师实现他们的目标，化学和材料科学的新浪潮正在将创新材料和建筑系统推向市场。从先进的绝缘泡沫到多壁覆层，这种下一代高性能材料将有助于加速节能设计。

1.更智能的windows通过纳米技术启动

普林斯顿大学研究人员预测未来智能窗户可以节省高达40%能源成本。研究人员开发了一种新型智能窗户，可以控制进入建筑的光和热量，并通过窗户本身的透明太阳能电池自行供电。

这项技术以薄膜的形式沉积在玻璃上，研究人员正在开发一种灵活的版本，可以很容易地应用于现有的窗户。最终，房主和建筑经理可以在手机上使用一个应用程序来调整一天中通过窗户的阳光量，以帮助节省供暖和制冷成本。

纳米技术薄膜由微结构棱镜制成，通过光学方式将超过80%的日光向上重定向，并将其扩散以实现均匀分布。

2.工程木制品达到新高度

想想令人印象深刻，戏剧性的弯曲梁在家里和比以往任何时候都高的混合木建筑。交叉层压木材(CLT)板对建筑师来说是一种相对较新的材料，可以用来帮助满足这些设计目标。CLT报价某些优势就能源效率而言。CLT也可以做成10英尺宽，40英尺长，1英尺多厚的尺寸。对于工程木制品，木质纤维加固木材，使它比100%回收塑料更有潜力。此外，塑料起着保护木材不腐烂的外部屏障的作用。相比之下，只有大约63%的树可以用于实木，复合板可以允许超过95%的树被使用。

3. 结构隔热板变成灰色

的主要组成部分SIPs泡沫和定向刨花板(OSB)比其他结构建筑系统消耗更少的能源和原材料。虽然建筑专业人员已经依赖SIPs来提高能效，但面板的新进展将进一步增强整个建筑围护结构的隔热性能。例如，一些制造商现在生产面板石墨聚苯乙烯(GPS)绝缘，容易被其识别灰色这有助于将面板的R值提高到更高的水平——有时高出20%以上。在某些情况下，建筑专业人员和建筑师可以指定更薄的面板，同时仍然满足能源法规要求。SIPs还可以帮助建筑师达到LEED白金认证和无源之家标准。

一些制造商现在正在生产石墨聚苯乙烯绝缘面板，这种面板很容易通过灰色来识别，这有助于提高面板的R值..图像由巴斯夫提供

4. 真空隔热板(VIP)为较小的家庭和小房子提供好处

趋势表明美国家庭变得越来越小贵宾可提供一种有效且节省空间的隔热解决方案。VIPs由一种包裹在气密外壳中的多孔核心材料组成。截留在这些层中的空气被抽空，然后封套被热封。芯材可防止隔热板在排除空气时碎裂。加拿大国家研究委员会(NRC)已经在NRC设施对这些屋顶隔热板进行了五年的监测和分析，发现一些重要部件预计将保持超过800年后的热性能。

这种薄型真空隔热技术有可能在空间有限的情况下增加热阻，实现零能耗建筑。图片由道康宁提供

5.采光提高了效率

墙面涂层是建筑视觉效果的重要组成部分，也是其环境足迹的重要组成部分——热桥是建筑能量损失的主要原因之一。为了实现采光需求和能源效率，例如，纳米凝胶填充聚碳酸酯在一种新型的半透明墙壁和天花板上可以使用板材多壁系统。此外，用于挤出聚碳酸酯片材的能量通常是制造玻璃的能量的一小部分。聚碳酸酯板也很耐用——抗冲击能力是玻璃的250倍，而且几乎不易碎；它们被测试在40到120摄氏度(40到240华氏度)范围内工作，能够承受更极端的天气，如风暴、冰雹或暴风雪。用于填充聚碳酸酯板的绝缘纳米凝胶由化学或物理交联的合成聚合物或生物聚合物组成，有助于提高能源效率，可构建高达节能50%与单层玻璃相比。

聚碳酸酯板可以使用互连结构，这消除了对垂直型材的需要，从而降低了成本并提高了美观性。SABIC提供的图片

6.下一代墙板节能

建造新房子需要大量的材料，其中许多不会被完全使用，并且需要废物处理。用于构件框架住宅的新一代面板可能会提供一个更节能的解决方案。这些面板替代品可能需要比木条少40%的木材产品，并可能减少98%的废物。这种新型镶板墙取代了传统的外墙板，结合了聚异氰脲酸酯(聚异)外部连续绝缘喷涂聚氨酯泡沫(SPF)在墙洞内，两者都安装在场外镶板设施上。带有胶带接头的连续隔热层也起到了耐候屏障的作用，可以消除对房屋包装等特定材料的需求。

用于构件框架住宅的新一代面板为建筑师和建筑商提供了节能解决方案。

7.植物屋顶系统(也被称为“绿色”屋顶)提供了长期的弹性

许多建筑师都知道植物屋顶系统可以防止水进入建筑物，减少雨水径流，减少对城市下水道系统的压力，减少与径流相关的水道污染。也许不太为人所知的是某些系统如何延长屋顶的寿命，进而年复一年地提高能效。怎么做？绿色屋顶系统中使用的防水膜结合了聚氯乙烯材料科学，保护屋顶免受紫外线和极端温度的影响，这些影响通常会导致屋顶系统收缩和膨胀。许多这样的绿色屋顶已经存在了30多年了，根据《整栋建筑设计指南》。一个新的大型城市植物屋顶可能会捕获高达每次暴雨事件产生17，000加仑雨水，或每年1819000加仑。收集的雨水可以用来给植物浇水，减少灌溉需求达50%。

绿色屋顶有助于保护屋顶免受紫外线的破坏，并为居住者提供美丽的美学特征。图片由西卡提供

8.创新的3D打印提高了散热性能

很快有一天，建筑外部的元素可以用大型3D打印机打印出来，以最大限度地提高效率。荷兰研究人员最近测试了这个想法；使用3D印刷立面系统优化建筑的热性能。这个系统被称为海绵3D，它很硬，但很轻。研究人员认为，这种新材料结合了多种功能，根据一年中不同的气候条件优化了热性能。它的工作原理是将隔热的空气腔和储存可移动热物质的外立面通道结合在一起。Spong3D正处于概念验证阶段，研究前景广阔。