可持续性材料与建筑的关系

当今21世纪的中国推崇的是可持续发展的理念，即“既满足现代人的需求并以不损害后代人满足需求的能力”。尤其是在当今建筑的高消耗和高污染的发展模式下，更应走向绿色的、环保的可持续发展的生态模式。本篇论文我也将对我所学专业对可持续性建筑的贡献进行论述。即“可持续性材料与建筑的关系”。

大部分建材在制造时都要消耗和产生大量的热能和机械能，从而对环境产生多重污染，生态型建筑就应从节约能源和和寻找低能耗低污染的材料的角度出发，并尽可能的实现资源的重复利用和循环利用，减少废弃物的产生。在当下视觉为主导的世界里，材料似乎更多的与建筑的形象联系在一起：色彩、光学特性、和表面肌理、板块的边界状况，都让每一位建筑师为此着迷。当然我们试图与视觉暂时脱开一点距离而关注材料在另一个方面的表现——可持续性。关于这一点，我们就会想到材料工程师工作的范畴：材料在保温、隔声、循环利用、碳排放等方面的物理特性。这些似乎不是建筑师的专长，然在这种把技术与艺术割裂的前提下抵达的可持续性，往往不那么靠得住。一方面，被标准化的緑色建筑技术正通过PV板、自动百叶、呼吸幕墻构造等司空见惯的手段越来越为一种新材料的可持续性的建筑装饰：另一方面，很多在这种模式下建造出来的建筑既不省钱，也不节能，更不低碳。连理查·罗杰斯自己都承认，号称“零碳”的高技术玻璃建筑只有在建筑建成至建筑拆除这段周期内是“零碳”，如果追溯至玻璃的高温生产加工，延伸到玻璃的降解，则实在“高碳”。

学习传统建筑中的材料智慧是非常重要的，建筑与自然的共生来使我们的建筑系统获得更好的自我持续性。能否在材料的来源方面更多地发掘地方材料的可能，使材料的加工、生产与运输更少地耗费能源；能否向当代产业化的材料厂商提出挑战，请他们发出更有机、更具可渗透性的材料，使现代建筑材料本身能够容纳微观的生态系统，从而大大简化建筑寿命之后材料的降解过程。更重要的是，我们可以发掘建筑材料深层的文化价值，使得建筑背后与其独特的文化艺术相得益彰。从而延展其对社区和城市的服务寿命，加强对建筑本身的保护并因之抵达更好的可持续性。

谈到材料，就不得不提到一种新型的独特的技术——纳米材料和技术。纳米材料以其特有的光、电、热、磁等性能为建筑材料的发展带来了一次前所未有的革命。利用纳米材料的随角异色现象尅发的新型涂料，利用纳米材料的自洁功能而开发的抗菌防霉涂料、PPR供水管，利用纳米材料具有的导电功能而开发的导电涂料，利用纳米材料屏蔽紫外线的功能科大大提高PVC塑钢门窗的抗老化黄

变性能，利用纳米材料可大大提高塑料管材的强度等。由此可见，纳米材料在建筑中具有十分广阔的市场应用前景和巨大的社会效益。1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。通常这种纳米钢管的实用性和使用寿命都可以比普通钢管的高处几倍，既减少了能源的消耗还增强的钢管使用的可持续性。在空气中将纳米碳管加热到700 ℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。

风能，也是一种非常重要的可持续能源和材料。它不仅十分容易获取更便于利用。国家近几年对风能的开发与利用也是十分的重视。在2013年全国青少年科学创新性实验知识的竞赛中，“风能的利用”也作为试题之一对学生们的能力进行考验。风能——地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋旋转力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。现代利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能而成为发电机。在中古与古代则利用风车将收集到的机械能用来磨碎谷物和抽水。风力被使用在大规模风农场和一些供电被被隔绝的地点，为当地的生活和发展做出了巨大的贡献。

当然，风能在建筑环境中的利用也是绝对不容小觑的。城区建筑环境中的风场有紊流加剧、风速降低的特点。因此，风力强化和集中的问题需要得到解决。

目前有非流线体型、平板型和扩散体型三种空气动力集中形式。在近地气层中风速随高度不同而变化。造成风速在近地气层中垂直变化的有动力因素和热力因素，前者主要来源于地面的摩擦效应，即地面粗糙程度，后者主要表现与近地大气层垂直方向温度梯度的关系。

新型节能环保材料不同于一般材料，其主要向绿色化、轻便化、智能化方向发展，并且能可重复利用以增强其对建筑的可持续特性。在节能门窗、保温隔热材料、建筑垃圾再生的方面来看就有长足的进展。节能门窗，门窗的制作材料从单一的木、钢、铝合金等发展到了复合材料，如铝合金—木材复合、铝合金—塑料复合、玻璃钢等。目前我国市场上主要的节能门窗有PVC 门窗、UPVC 门窗铝木复合门窗、铝木复合门窗、铝塑复合门窗、玻璃钢门窗等。就玻璃钢门窗而言，其型材具有极高的强度和极低的膨胀系数，具有广阔的发展前景。除结构外，对门窗节能性能影响最大的是玻璃的性能。目前，国内外研究并推广使用的节能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃和镀膜玻璃等。中空玻璃在发达国家已经是新建住宅法定的节能玻璃，但我国中空玻璃的使用普及率还不到1%，从国内外的实践来看，推广使用中空玻璃将是实现门窗节能的一个重要途径。真空玻璃在在节能方面要优于中空玻璃，从节能性能比较，真空玻璃比中空玻璃节电16%~18%。热反射镀膜玻璃的使用不仅具有节能和装饰效果，可起到防眩、单面透视和提高舒适度等效果，还可大量节约能源，有效降低空调的运营经费。保温隔热材料，近年来，我国保温隔热材料的产品结构发生有明显的变化：泡沫塑料类保温隔热材料所占比例逐年增长，已由2001 年的21%上升到2005 年的37%；矿物纤维类保温隔热材料的年产增长较快，但其所占比例基本维持不变；硬质类保温隔热材料制品所占比例逐年下降。我国目前常用的外保温技术体系包括胶粉聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合无网聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合有网聚苯颗粒外保温、岩棉聚苯颗粒外保温、外表面喷涂泡沫聚氨酯和保温涂料等。在上述几种保温体系中，保温涂料综合了涂料以及保温材料的双重特点干燥后形成一定强度及弹性的保温层，符合外保温材料的要求。建筑垃圾的再生，近几年，我国在建筑垃圾开发利用方面投入了相当大的资金，不少地区将建筑垃圾作为一种再生资源，对固体废弃物加以筛分、破碎后制成建筑垃圾砖或垃圾砖取代传统黏土实心砖作为砌体材料，净化了环境，节约了能源，保护了土地资源，是一种具有经济效益和社会效益的产品，从而使建筑业走上了一条良性循环的经济模式，成为建筑业可持续发展的动力。

在当今社会资源匮乏和生态环境问题日益突出之时，也向人类提出了严峻的挑战。我们不仅应在大力提升国力和发展经济的同时致力于对环境的保护、对新

型可持续能源的开发和循环使用、对新型材料的研究、更应直视挑战。这些问题既对国家的科技、经济、社会发展提出了更高目标,也使经济发展日益受到人们重视的综合国力研究达到前所未有的难度。

参考文献：[1]张利，材料的可持续性[J].

[2]潘遇，陈宝明，建筑环境中风能的利用[J].

[3]艾仕云，催化快速测定的研究[J].重庆环境科学，2003。