新一代超低能耗建筑材料即將上市

無論建筑師是否能夠完成2030年建筑挑戰(zhàn)，亦或是追求自己的節(jié)能目標，他們都應該在建筑設計中充分考慮限制碳排放量，來應對不斷變化的氣候環(huán)境。

為了實現(xiàn)這些目標，市面上出現(xiàn)了越來越多的創(chuàng)新材料，建筑師們將這些材料運用于建筑中進行推廣。從先進的絕緣泡沫板到多層覆板技術，新一代的高性能材料將有助于加速建筑節(jié)能的發(fā)展。

下面讓我們來具體了解一下這些高性能的建筑材料。

結合納米技術的智能窗口

普林斯頓大學研究者表明，未來的智能窗口能夠有效節(jié)省大約40%的能源消耗。研究者甚至開發(fā)出一種全新的智能窗口技術，它能夠有效控制進入建筑的光和熱，并自身通過太陽能電池供電，這種技術將運用于玻璃薄膜之中。

另外，研究者正在開發(fā)一種更加靈活的應用模式，使它能夠更加普遍地推廣。通過這項技術，業(yè)主和項目管理人員能夠通過手機應用程序來調節(jié)進入室內的光通量，最終達到節(jié)約能源的目的。

達到新高度的工程木材

在運用混合木材之前，建筑中常常運用的是高大的彎曲橫梁。交叉層壓木材面板（CLT）作為一種新型材料，可以很好地實現(xiàn)這些設計目標。相比起傳統(tǒng)木材，CLT具有多項能源優(yōu)勢，它的跨度能夠達到10英尺（約3米），長度達40英尺（約12米），厚度甚至能夠超過1英尺（約0.3米）。

這種材料的木質纖維可以使木材更加得堅韌，其程度甚至能超過可回收塑料。另外，在其外部增加塑料層可以讓木材保存得更加長久。研究得出，若是將一棵樹制作成傳統(tǒng)木材，這棵樹的使用率只能達到63%，但制成復合板材，其使用率能高達95%。

結構絕緣板（SIPs）

結構絕緣板（SIPs）的主要成分是泡沫和定向刨花板（OSB），相比起其他建筑結構系統(tǒng)，這種材料所消耗的能源非常少。建筑專業(yè)人員甚至已經將SIPs用作一種常規(guī)的節(jié)能材料，進一步提高整個建筑圍護層的絕緣性能。

例如，一些制造商通過絕緣石墨聚苯乙烯（GPS）來生產這種材料，讓其具有獨特的灰色，還能夠有效提升面板的R值。在一些情況下，建筑專業(yè)人員和建筑師們甚至可以指定更薄的面板，來滿足不同的能耗需求。SIPs能夠滿足建筑LEED白金認證和被動式建筑標準。

為迷你住宅帶來巨大優(yōu)勢的真空保溫板（VIP）

當前趨勢表明，美國許多的住宅規(guī)模越來越迷你，而真空保溫板（VIPs）能夠有效地節(jié)省空間。VIPs包含有密閉的多孔材料，空氣被儲存在這些密閉空間里，然后通過抽至真空將其封閉。

其內部材料能夠有效地保護這種保溫面板，以免它在抽真空的過程中產生裂痕。加拿大國家研究委員會（NRC）曾經對這種材料進行了長達5年的監(jiān)控與分析，最后得出結論，這種VIPs材料能夠在長達30年的時間里保存大約80%的熱能。

采光技術的有效提高

墻面覆蓋層是建筑表現(xiàn)的重要組成部分，同時建筑熱橋也是造成建筑能源損耗的一大主要因素。為了滿足日間的采光需求和能源效率，例如，在半透明墻體和新型多覆層墻體系統(tǒng)中可以運用填充有納米凝膠的聚碳酸酯面板。另外，用于制作聚碳酸酯面板的能源消耗只是制作玻璃的一小部分。

聚碳酸酯面板的耐沖擊性能甚至比玻璃多約250次，其測試耐受溫度的范圍是-40℃至120℃（-40℉至240℉），因此它能夠承受諸多例如暴風雨、暴風雪、冰雹等極端天氣。聚碳酸酯面板主要運用了絕緣納米凝膠，再結合其他材料聚合而成，相比起傳統(tǒng)的單層玻璃，這種面板能夠節(jié)約大概50%的能源。

新一代節(jié)能墻板

建造一座新建筑需要大量的材料，其中許多材料的使用率都不高，那么必定會有廢物產生。新一代墻體框架面板很好地解決了這個問題，相比起傳統(tǒng)的木材框架，這些墻體面板能夠減少大約40%的木質產品，并且減少98%的廢棄物。

這種新型預制墻體由外部聚異氰脲酯絕緣板和墻壁內部的噴涂聚氨酯泡沫（SPF）組成，這兩種材料都可以通過拼板裝置安裝完成。有著絕緣接頭的絕緣板也具有抗風化的作用，這使得建筑不需要額外的外部覆層。

綠色屋頂

許多建筑師都了解綠植屋面系統(tǒng)能夠減少建筑雨水的流失，緩解城市下水道系統(tǒng)的壓力，并減少城市河流的污染。那么這種屋面系統(tǒng)是否能夠延長屋面的使用壽命、提升能源效率呢？綠色屋面系統(tǒng)運用的是PVC防水膜，可以為建筑抵擋部分紫外線輻射和過度的太陽直射，因為這些高溫因素會導致屋面的膨脹或收縮。

根據(jù)“建筑設計指南”上的說明，現(xiàn)存的綠色屋頂已經有約30年的使用歷史。一個大型城市綠植屋面能夠為城市有效舒緩17000加侖（約64352升）的暴雨降水量，或者是1819000加侖（約6885664升）的常規(guī)降雨量。這些雨水可以用于植物的澆灌，從而減少50%的額外人工澆灌量。

提升熱學性能的新型3D打印技術

不久前，建筑外部元素實現(xiàn)了通過大型3D打印技術來打印完成。荷蘭研究人員近期測試了一種猜想，使用3D立面打印系統(tǒng)來優(yōu)化建筑的熱學性能。該系統(tǒng)名為“Spong3D”，有著輕盈的建筑品質。

研究者認為，配合全年不同的氣候環(huán)境，這種新材料集合了多種優(yōu)化熱學性能的功能。其工作原理是將空氣密閉空間結合外部熱隔絕通道，從而存儲更多的移動熱量。雖然目前還處于概念階段，但Spong3D系統(tǒng)仍具有實現(xiàn)的可能。

越來越多的建筑師在為節(jié)能設計而努力著，化學制造工業(yè)的研究者們也將持續(xù)對高性能材料進行深入研究。

Todd Sims是美國化學委員會（簡稱ACC）的主要負責人員，他負責管理建筑與建造部門的外聯(lián)工作，從而建造出安全、高效、可持續(xù)發(fā)展的建筑。同時他也是高性能建筑核心小組的主要成員，Sims曾經在市場轉型研究所（簡稱IMT）任職，在那里他開發(fā)了多項建筑節(jié)能策略，同時他也是56位州長任命的代表人，負責建筑能耗的相關事宜。