為了幫助建筑師實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)，化學(xué)和材料科學(xué)的新浪潮正在將創(chuàng)新材料和建筑系統(tǒng)推向市場(chǎng)。從先進(jìn)的絕緣泡沫到多壁覆層，這種下一代高性能材料將有助于加速節(jié)能設(shè)計(jì)。
1.更智能的windows通過(guò)納米技術(shù)啟動(dòng)
普林斯頓大學(xué)研究人員預(yù)測(cè)未來(lái)智能窗戶(hù)可以節(jié)省高達(dá)40%能源成本。研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型智能窗戶(hù)，可以控制進(jìn)入建筑的光和熱量，并通過(guò)窗戶(hù)本身的透明太陽(yáng)能電池自行供電。這項(xiàng)技術(shù)以薄膜的形式沉積在玻璃上，研究人員正在開(kāi)發(fā)一種靈活的版本，可以很容易地應(yīng)用于現(xiàn)有的窗戶(hù)。最終，房主和建筑經(jīng)理可以在手機(jī)上使用一個(gè)應(yīng)用程序來(lái)調(diào)整一天中通過(guò)窗戶(hù)的陽(yáng)光量，以幫助節(jié)省供暖和制冷成本。納米技術(shù)薄膜由微結(jié)構(gòu)棱鏡制成，通過(guò)光學(xué)方式將超過(guò)80%的日光向上重定向，并將其擴(kuò)散以實(shí)現(xiàn)均勻分布。
2.工程木制品達(dá)到新高度
想想令人印象深刻，戲劇性的彎曲梁在家里和比以往任何時(shí)候都高的混合木建筑。交叉層壓木材(CLT)板對(duì)建筑師來(lái)說(shuō)是一種相對(duì)較新的材料，可以用來(lái)幫助滿足這些設(shè)計(jì)目標(biāo)。CLT報(bào)價(jià)某些優(yōu)勢(shì)就能源效率而言。CLT也可以做成10英尺寬，40英尺長(zhǎng)，1英尺多厚的尺寸。對(duì)于工程木制品，木質(zhì)纖維加固木材，使它比100%回收塑料更有潛力。此外，塑料起著保護(hù)木材不腐爛的外部屏障的作用。相比之下，只有大約63%的樹(shù)可以用于實(shí)木，復(fù)合板可以允許超過(guò)95%的樹(shù)被使用。
3. 結(jié)構(gòu)隔熱板變成灰色
主要組成部分SIPs泡沫和定向刨花板(OSB)比其他結(jié)構(gòu)建筑系統(tǒng)消耗更少的能源和原材料。雖然建筑專(zhuān)業(yè)人員已經(jīng)依賴(lài)SIPs來(lái)提高能效，但面板的新進(jìn)展將進(jìn)一步增強(qiáng)整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能。例如，一些制造商現(xiàn)在生產(chǎn)面板石墨聚苯乙烯(GPS)絕緣，容易被其識(shí)別灰色這有助于將面板的R值提高到更高的水平——有時(shí)高出20%以上。在某些情況下，建筑專(zhuān)業(yè)人員和建筑師可以指定更薄的面板，同時(shí)仍然滿足能源法規(guī)要求。SIPs還可以幫助建筑師達(dá)到LEED白金認(rèn)證和無(wú)源之家標(biāo)準(zhǔn)。一些制造商現(xiàn)在正在生產(chǎn)石墨聚苯乙烯絕緣面板，這種面板很容易通過(guò)灰色來(lái)識(shí)別，這有助于提高面板的R值.（圖像由巴斯夫提供）
4. 真空隔熱板(VIP)為較小的家庭和小房子提供好處
趨勢(shì)表明美國(guó)家庭變得越來(lái)越小。需要提供一種有效且節(jié)省空間的隔熱解決方案。真空隔熱板（VIP）由一種包裹在氣密外殼中的多孔核心材料組成。截留在這些層中的空氣被抽空，然后封套被熱封。芯材可防止隔熱板在排除空氣時(shí)碎裂。加拿大國(guó)家研究委員會(huì)(NRC)已經(jīng)在NRC設(shè)施對(duì)這些屋頂隔熱板進(jìn)行了五年的監(jiān)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)一些重要部件預(yù)計(jì)將保持超過(guò)80% 30年后的熱性能。這種薄型真空隔熱技術(shù)有可能在空間有限的情況下增加熱阻，實(shí)現(xiàn)零能耗建筑。（圖片由道康寧提供）
5.采光提高了效率
墻面涂層是建筑視覺(jué)效果的重要組成部分，也是其環(huán)境足跡的重要組成部分——熱橋是建筑能量損失的主要原因之一。為了實(shí)現(xiàn)采光需求和能源效率，例如，納米凝膠填充聚碳酸酯在一種新型的半透明墻壁和天花板上可以使用板材多壁系統(tǒng)。此外，用于擠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——抗沖擊能力是玻璃的250倍，而且?guī)缀醪灰姿?；它們被測(cè)試在40到120攝氏度(40到240華氏度)范圍內(nèi)工作，能夠承受更極端的天氣，如風(fēng)暴、冰雹或暴風(fēng)雪。用于填充聚碳酸酯板的絕緣納米凝膠由化學(xué)或物理交聯(lián)的合成聚合物或生物聚合物組成，有助于提高能源效率，可構(gòu)建高達(dá)節(jié)能50%與單層玻璃相比。聚碳酸酯板可以使用互連結(jié)構(gòu)，這消除了對(duì)垂直型材的需要，從而降低了成本并提高了美觀性。（SABIC提供的圖片）
6.下一代墻板節(jié)能
建造新房子需要大量的材料，其中許多不會(huì)被完全使用，并且需要廢物處理。用于構(gòu)件框架住宅的新一代面板可能會(huì)提供一個(gè)更節(jié)能的解決方案。這些面板替代品可能需要比木條少40%的木材產(chǎn)品，并可能減少98%的廢物。這種新型鑲板墻取代了傳統(tǒng)的外墻板，結(jié)合了聚異氰脲酸酯(聚異)外部連續(xù)絕緣噴涂聚氨酯泡沫(SPF)在墻洞內(nèi)，兩者都安裝在場(chǎng)外鑲板設(shè)施上。帶有膠帶接頭的連續(xù)隔熱層也起到了耐候屏障的作用，可以消除對(duì)房屋包裝等特定材料的需求。
7.植物屋頂系統(tǒng)(也被稱(chēng)為“綠色”屋頂)提供了長(zhǎng)期的彈性
許多建筑師都知道植物屋頂系統(tǒng)可以防止水進(jìn)入建筑物，減少雨水徑流，減少對(duì)城市下水道系統(tǒng)的壓力，減少與徑流相關(guān)的水道污染。也許不太為人所知的是某些系統(tǒng)如何延長(zhǎng)屋頂?shù)膲勖?，進(jìn)而年復(fù)一年地提高能效。怎么做？綠色屋頂系統(tǒng)中使用的防水膜結(jié)合了聚氯乙烯材料科學(xué)，保護(hù)屋頂免受紫外線和極端溫度的影響，這些影響通常會(huì)導(dǎo)致屋頂系統(tǒng)收縮和膨脹。許多這樣的綠色屋頂已經(jīng)存在了30多年了，根據(jù)《整棟建筑設(shè)計(jì)指南》。一個(gè)新的大型城市植物屋頂可能會(huì)捕獲高達(dá)每次暴雨事件產(chǎn)生17，000加侖雨水，或每年1819000加侖。收集的雨水可以用來(lái)給植物澆水，減少灌溉需求達(dá)50%。綠色屋頂有助于保護(hù)屋頂免受紫外線的破壞，并為居住者提供美麗的美學(xué)特征。（圖片由西卡提供）
8.創(chuàng)新的3D打印提高了散熱性能
很快有一天，建筑外部的元素可以用大型3D打印機(jī)打印出來(lái)，以最大限度地提高效率。荷蘭研究人員最近測(cè)試了這個(gè)想法；使用3D印刷立面系統(tǒng)優(yōu)化建筑的熱性能。這個(gè)系統(tǒng)被稱(chēng)為海綿3D，它很硬，但很輕。研究人員認(rèn)為，這種新材料結(jié)合了多種功能，根據(jù)一年中不同的氣候條件優(yōu)化了熱性能。它的工作原理是將隔熱的空氣腔和儲(chǔ)存可移動(dòng)熱物質(zhì)的外立面通道結(jié)合在一起。Spong3D正處于概念驗(yàn)證階段，研究前景廣闊。
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