超低能耗建築材料蓄勢待發，節能家居建築未來可期

無論建築師是否能夠完成2030年建築挑戰，亦或是追求自己的節能目標，他們都應該在建築設計中充分考慮限制碳排放量，來應對不斷變化的氣候環境。

為了實現這些目標，市面上出現了越來越多的創新材料，建築師們將這些材料運用於建築門窗中進行推廣。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於加速建築節能的發展。

下面讓我們來具體了解一下這些高性能的建築材料。

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省大約40%的能源消耗。研究者甚至開發出一種全新的智能窗口技術，它能夠有效控制進入建築的光和熱，並自身通過太陽能電池供電，這種技術將運用於玻璃薄膜之中。

另外，研究者正在開發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，業主和項目管理人員能夠通過手機應用程序來調節進入室內的光通量，最終達到節約能源的目的。

達到新高度的工程木材

在運用混合木材之前，建築中常常運用的是高大的彎曲橫樑。交叉層壓木材面板（CLT）作為一種新型材料，可以很好地實現這些設計目標。相比起傳統木材，CLT具有多項能源優勢，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，若是將一棵樹製作成傳統木材，這棵樹的使用率只能達到63%，但製成複合板材，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），相比起其他建築結構系統，這種材料所消耗的能源非常少。建築專業人員甚至已經將SIPs用作一種常規的節能材料，進一步提高整個建築圍護層的絕緣性能。

例如，一些製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，建築專業人員和建築師們甚至可以指定更薄的面板，來滿足不同的能耗需求。SIPs能夠滿足建築LEED白金認證和被動式建築標準。

為迷你住宅帶來巨大優勢的真空保溫板（VIPs）

當前趨勢表明，美國許多的住宅規模越來越迷你，而真空保溫板（VIPs）能夠有效地節省空間。VIPs包含有密閉的多孔材料，空氣被儲存在這些密閉空間里，然後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年的監控與分析，最後得出結論，這種VIPs材料能夠在長達30年的時間裡保存大約80%的熱能。

採光技術的有效提高

牆面覆蓋層是建築表現的重要組成部分，同時建築熱橋也是造成建築能源損耗的一大主要因素。為了滿足日間的採光需求和能源效率，例如，在半透明牆體和新型多覆層牆體系統中可以運用填充有納米凝膠的聚碳酸酯面板。另外，用於製作聚碳酸酯面板的能源消耗只是製作玻璃的一小部分。

聚碳酸酯面板的耐衝擊性能甚至比玻璃多約250次，其測試耐受溫度的範圍是-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，相比起傳統的單層玻璃，這種面板能夠節約大概50%的能源。

新一代節能牆板

建造一座新建築需要大量的材料，其中許多材料的使用率都不高，那麼必定會有廢物產生。新一代牆體框架面板很好地解決了這個問題，相比起傳統的木材框架，這些牆體面板能夠減少大約40%的木質產品，並且減少98%的廢棄物。

這種新型預製牆體由外部聚異氰脲酯絕緣板和牆壁內部的噴塗聚氨酯泡沫（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，這使得建築不需要額外的外部覆層。

綠色屋頂

許多建築師都了解綠植屋面系統能夠減少建築雨水的流失，緩解城市下水道系統的壓力，並減少城市河流的污染。那麼這種屋面系統是否能夠延長屋面的使用壽命、提升能源效率呢？綠色屋面系統運用的是PVC防水膜，可以為建築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「建築設計指南」上的說明，現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）的常規降雨量。這些雨水可以用於植物的澆灌，從而減少50%的額外人工澆灌量。

提升熱學性能的新型3D列印技術

不久前，建築外部元素實現了通過大型3D列印技術來列印完成。荷蘭研究人員近期測試了一種猜想，使用3D立面列印系統來優化建築的熱學性能。該系統名為「Spong3D」，有著輕盈的建築品質。

研究者認為，配合全年不同的氣候環境，這種新材料集合了多種優化熱學性能的功能。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。雖然目前還處於概念階段，但Spong3D系統仍具有實現的可能。

越來越多的建築師在為節能設計而努力著，化學製造工業的研究者們也將持續對高性能材料進行深入研究。

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來源|門窗城

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