新技术和新材料在建筑设计中的应用

费国权 王全

摘要：建筑节能不仅有利于满足人们日常的生活需要，而且有利于提高建筑工程的资源利用效率，有利于工程整体效益的提升，有利于建筑工程实现企业效益与社会环境效益的统一，有利于促进经济的可持续发展。在就需要我们在日藏建筑施工中，规范建筑材料的使用，规范日常建筑规划、设计环节，严格选用新型建筑设备。运用最新的建筑工程技术，结合新材料的具体应用，促进建筑耗能情况的降低，以有利于我们日常建筑施工的有效运行。

关键词：新技术；新材料；建筑设计

为了提高建筑的节能水平，需要我们进行节能新材料、新能源的具体利用，这种节能资源不同于单调的传统的建筑材料，它是一种种类非常丰富的新型建筑资源，我们可以从功能角度进行具体划分，分为保温材料、装饰材料、门窗材料、以及墙体材料等，有利于塑料件以及多种辅助材料的有效利用。在材质上它可以分为化工材料、非金属材料与金属材料，天然材料等。节能材料、节能技术的运用，有利于降低目前的建筑工程污染现象，有利于环境生态的保护，有利于缓解当前能源紧张的问题，促进社会综合效益的可持续发展。

1 被动式节能技术的应用

建筑的节能方式分为主动式建筑节能和被动式建筑节能。主动式节能技术需要一定数量的常规能源，一次性投资费用高，技术复杂且维修管理工作量大。被动式节能技术主要是通过建筑物自身的布局、色彩的巧妙设计、建筑材料的组合、合理的構造，并紧密结合建筑构配件，设计一些非常规能源的采集、使用装置，来达到建筑物冬暖夏凉的效果，减少常规能源的耗费。目前，我国已有相当一部分建筑大量使用了世界上最新的节能新产品和技术，即大量采用了主动式节能技术，但其节能设施的运行成本非常高，成为节能建筑不节能的代表。由于主动节能技术投资高、运行成本大，被动节能技术近年来受到更多的重视，国内已开展了相关研究工作，并有成功应用的范例。如用于中小学生夏令营活动的建筑———香港长州明爱明晖营，设计中并未过多使用地源热泵、太阳能板等节能技术，而是从设计着手，利用被动式节能技术，实现了建筑物的冬暖夏凉，减少了空调设备的使用。有研究表明[2]，被动式节能建筑在冬季可以显著提高室内温度，在保持室内舒适的条件下，可以大大减少空调的运行时间。被动式节能技术主要包括建筑引导自然通风和被动式太阳能（日照）利用[3]。自然通风可以从总平面设计、室内空间设计两方面着手。在总平面设计上，应着重考虑建筑体型的方向性和室外环境的设计。建筑体型设计上可采用扭曲平面、尖壁平面、通透空间、开放空间设计。室外环境设计可综合考虑采用南向敞开空间、自然空调的利用、植被导风、挡风墙和导风板灵活组合以及与绿化相结合的整体设计。被动式太阳能利用合理构造设计，达到太阳能的直接利用，从而解决建筑物的采暖问题。其基本原则是要有有效的绝热外壳，有足够的集热面积，室内设置尽可能多的储热体，以及主次房间的平面位置合理。其典型的设计形式是直接受益式系统、对流环路系统、附加日光间系统。直接受益式系统主要通过导光板和蓄热墙实现。

2 太阳能光伏技术的应用

太阳能光伏技术即太阳能发电技术。近几年来，该技术在西方发达国家建筑节能上得到了成功应用，这为我们国家提供了可借鉴的经验。太阳能属于清洁能源，它在建筑中的应用可节约大量的常规能源。目前，太阳能光伏技术在建筑节能中应用的研究方向是光伏建筑一体化（BIPV 即 Building Integerated Photovolta-ic），它有 8 种形式：光电采光顶（天窗）、光电屋顶、光电幕墙（透明幕墙）、光伏幕墙（非透明幕墙）、光电遮阳板（有遮阳要求）、光电遮阳板（无采光要求）、屋顶光伏方阵、墙面光伏方阵。目前已有许多成功的范例，它具有节约占地，提高发电频率，减少输电线路的投资与损耗，替代或部分替代建筑材料等优点。

3 智能化技术的应用

目前，智能化已成为节能建筑设计的焦点。建筑智能化，就是通过计算机对整栋楼进行实时监控，从而实现高效管理，它应用了网络技术、控制技术、数据库技术。我国的建筑智能化技术发展较快，成功的案例很多，显著节约了能源资源，而且在信息化管理的支持下，使风险管理工作得到加强。智能化技术主要包括以下几个方面：建筑设备监控系统，通信网络系统，计算机网络系统，结构化综合布线系统，闭路电视监控及防盗报警系统，卫星电视接收及有线电视系统，停车场管理系统，综合楼宇对讲系统，一卡通门禁、考勤、消费系统等。

4 新节能材料的应用

节能建筑材料是建筑节能的关键因素之一。目前，节能材料得到了一定程度的发展，如中空玻璃、真空玻璃、镀膜玻璃、相变储能材料等已在建筑中得到了广泛应用，并取得了一定的节能效益。但是，随着对建筑节能要求的不断提高，需要研发新的建筑节能材料。纳米透明隔热涂料是近年来新出现的节能型材料，在建筑玻璃上具有广泛的应用前景。纳米透明隔热涂料具有以下 4 个方面的特点：1）与贴膜隔热材料相比，其力学性质显著提高。由于纳米微粒与成膜物比界面大，结合力强，使膜具有更高的硬度。纳米导电氧化物（SnO2）呈四方金红石结构，性质稳定，使涂膜硬度高、光洁度好。2）抗老化、耐腐蚀性强、透明度好。由于纳米微粒对不同波长的光线会产生不同的吸收、反射、散射等作用，使纳米涂料具有显著的抗老化和耐腐蚀性。纳米微粒的粒径远小于可见光的波长，使其可以透过，从而保证了纳米涂料较高的透明性。3）自洁能力强。纳米材料表面积大、表面活性高，化学催化和光催化能力强，在紫外线和氧的作用下，使其具有自洁能力。4）价格低廉，其价格远低于市售的建筑玻璃用透明隔热贴膜。纳米透明隔热涂料属于物美价廉的高科技节能产品，既解决了玻璃需要透明，又解决了隔热节能的问题，但是在我国建筑中的利用率还很低，这就要求建筑师在设计的初始阶段对该材料的应用加以考虑。

5. 新型节能墙体的应用

目前来说，新型节能墙体的种类非常多，其应用范围也越来越广泛，是墙体材料系统的重要组成部分。这种新型墙体材料分为三个部分，分别是砖、块、板。比如我们日常使用的建筑砌块、复合板、粘土空心砖、掺废料的粘土砖等。为了达到新型节能墙体有效利用的目的，我们需要结合当地建筑业的发展情况，进行建筑施工过程的有效使用，确保通过墙体结构的改变，来实现日常节能环保的发展。这项工程，我们需要汲取国外发达国家的先进经验，他们的新型节能墙体技术比较成熟，其砖产量规模也比较大，生产也比较稳定，有利于施工过程的薄壁与大孔洞率技术的发展，有利于日常建筑工程质量效率的提升。

6.建筑中的绿色节能技术的应用

一般来说，建筑物可以通过科学的住宅设计，达到对太阳能资源的有效利用，以实现绿色节能的目的。首先我们需要保证一定的房屋朝向，确保对太阳能资源的摄取，有利于改善居住环境的温度、湿度，提高日常居住的质量，有利于我们生活水平的提高。在此过程中，我们也要进行建筑布局的合理化，有利于提高建筑物的通风效果，有利于充分利用环境，来达到住宅质量的提升。运用综合环境制造自然风，有利于我们夏季降温的需要，有利于降低其相应的空调能耗。在当今资源短缺的整体局势下，我们要要大力开发新能源的利用，提高可再生能源的利用价值，有利于缓解目前的能源紧张问题。在此过程中，地热能源也是比较广泛的资源。它广泛应用于我们日常生活的各个方面，目前我们对它的开发应用越来越纯熟，具体来说有地热供暖技术、地热制冷技术、地热发电技术以及地源热泵技术等，对相关地热技术的应用，能够有效提升我们日常建筑节能的效率。我们利用地源热泵系统，进行日常生活的供暖，有利于解决居民日常取暖的问题，有利于解决日常热水供应问题。地热资源是一种清洁资源，它具备使用方便、节能环保、投资少的特点，其应用前景非常广泛，有利于提升我们日常的能源利用率。

7 结语

建筑节能是建筑领域不断研究的课题。节能建筑不节能的现象时有发生，要避免这种情况的出现，就要求建筑师理念超前，在设计中广泛采用节能新技术与新材料，尤其要将被动式节能技术与主动节能方式有机结合，在设计中尽可能多地采用被动节能技术，减少主动节能方式中高技术节能设备的应用，同时要引入智能化系统，巧妙利用光伏建筑一体化技术，大胆使用低成本的高科技节能材料，这样就可以设计出真正意义上的节能型建筑。

参考文献：

[1] 田 宁. 建筑节能设计[J]. 山西建筑，2009，35（34）：263-264.

[2] 许锦峰，黄欣鹏，吴志敏. 被动式节能建筑围护结构的技术特征[J]. 南京工业大学学报（自然科学版），2011，33（5）：60-63.

[3] 周华恒，常荣杰. 低技术化的节能设计———被动式节能的应用[J]. 福建建筑，2009，127（1）：10-19.