智能混凝土材料在綠色生態節能建筑中的應用
2008-10-06 00:00
當前,以智能大廈和智能小區為代表的智能建筑,主要指的是利用現代先進技術對樓宇、社區進行控制、通信和治理。如智能大廈是以綜合布線為基礎,結合樓宇自動化系統（BA） 、辦公自動化系統（OA） 、和綜合通信系統（CA） 等子系統實現現代辦公和生活的理想場所。而智能小區則由小區網絡通信、閉路電視監控、周界防范、可視對講、小區一卡通、停車場治理、智能化物業治理、智能家居等子系統組成,以提供一個安全、舒適、便利的社區居住環境。
上述傳統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;據報道,許多智能化集成系統建成后利用率低,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,過分強調現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。
要實現真正意義上的智能型建筑,不僅體現在建筑內部弱電系統的應用,還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去,實現資源的有效持續利用,節能節水節地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現社會、經濟、環境效益的高度統一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統,還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物治理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等,充分體現建筑與四周環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性,充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程,這其中,基于智能建筑材料的開發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,能感知環境變化,并及時改變自身的性能參數,作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應用廣泛,結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預告,不僅大大減少結構維護費用,更重要的是可避免由于結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,則主要體現出在節能環保、綠色生態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節為例,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統實現,能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能,可以充分加以利用。傳統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。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯,如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。
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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能生態功能。
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,提高室內電視影像和通訊質量。
2） 調濕混凝土
通過添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測室內環境溫度,并根據需要進行調控,滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求,相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統,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,調節環境溫度、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。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,調節生態平衡。
5） 抗菌混凝土
在傳統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、苯等室內有毒揮發物,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,節約資源。
9)溫度自監控混凝土
通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產生熱電效應,實現對建筑物內部和周圍環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
在混凝土的生產使用過程中,除了獲得高技術性能外,還綜合體現出節約能源資源,不破壞環境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點在于對環境無害,而生態混凝土強調的是直接有益于環境。
11)綠色生態水泥
在水泥的生產過程中,通過改進生產工藝、更新設備、充分使用工業廢料等手段,體現出節能、利廢、保護環境的宗旨。
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
上述傳統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;據報道,許多智能化集成系統建成后利用率低,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,過分強調現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。
要實現真正意義上的智能型建筑,不僅體現在建筑內部弱電系統的應用,還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去,實現資源的有效持續利用,節能節水節地,減少廢棄物,減低或消除污染,減小地球負荷,體現社會、經濟、環境效益的高度統一。
所以,智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統,還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物治理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等,充分體現建筑與四周環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性,充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程,這其中,基于智能建筑材料的開發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,能感知環境變化,并及時改變自身的性能參數,作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應用廣泛,結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預告,不僅大大減少結構維護費用,更重要的是可避免由于結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,則主要體現出在節能環保、綠色生態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節為例,若使用當前的智能建筑技術,需要通過HVAC（Heating ,Ventilating ,and Air Conditioning） 系統實現,能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能,可以充分加以利用。傳統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。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯,如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。
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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能生態功能。
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,提高室內電視影像和通訊質量。
2） 調濕混凝土
通過添加要害組分納米天然沸石粉制成,可探測室內環境溫度,并根據需要進行調控,滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求,相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統,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,調節環境溫度、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。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,調節生態平衡。
5） 抗菌混凝土
在傳統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、苯等室內有毒揮發物,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,節約資源。
9)溫度自監控混凝土
通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中,使混凝土產生熱電效應,實現對建筑物內部和周圍環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
在混凝土的生產使用過程中,除了獲得高技術性能外,還綜合體現出節約能源資源,不破壞環境的宗旨。在概念上,綠色混凝土重點在于對環境無害,而生態混凝土強調的是直接有益于環境。
11)綠色生態水泥
在水泥的生產過程中,通過改進生產工藝、更新設備、充分使用工業廢料等手段,體現出節能、利廢、保護環境的宗旨。
（中國混凝土與水泥制品網 轉載請注明出處）
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