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科技的日益进步,智能化家居生活不再是人们的幻想。而要实现真正意义上的智能家居,不仅体现在建筑内部弱电系统的应用,还应包括能源优化系统、生态绿化系统、废弃物管理与处置系统、水热光气声环境优化系统等。充分体现建筑与周围环境的协调关系以及自身的稳定性可持续性,充分体现绿色建筑节能建筑和生态建筑的思想内容。要实现上述目标是一个复杂的系统工程,这其中,基于智能建筑材料的开发应用是非常重要的一方面。
我们通常所说的智能控制主要包括室内温湿度自动调节、光调节、智能节能、物联网、智能音视频、节能等内容系统;智能安防主要包括身份识别、智能锁、监控系统等。而聪明的房子,未来的生活,都离不开智能材料在相生环境中的作用,也是连接智能产品或智能系统的纽带。
智能材料在建筑中的应用广泛,结构型智能建筑材料可对建筑结构的性能进行预先的检测和预报,不仅大大减少结构维护费用,更重要的是可避免由于结构破坏而造成的严重危害。建设部建筑智能化技术专家委员会主任委员张文才先生说“安全,舒适,宜居,才是智能化家居的初衷”。
【部分材料正在普及】
控温调湿是我们居住环境的智能体现,也是目前许多商家和地产开发商正在普及的。在采访南京高旭建材有限公司的高级工程师何先生时,他以建筑中的功能元素之一湿度调节为例,阐述智能材料的优势。“若使用当前的智能建筑技术,需要通过HVAC(Heating Ventilating and Air Conditioning) 系统实现,能耗很大。”而一些建筑材料本身具有调节湿度的功能,可以充分加以利用。传统材料中比如木材的平衡含水率作用、石膏的“呼吸”作用,这二者都可随空气湿度的变化吸收或放出水分,但新开发的某些智能材料其调湿作用更明显”。也就是说用智能材料会比传统材料省时省财,节能实用。
TIM材料(保温隔热透明外墙)和电泳玻璃
鑫山幕墙的总工程设计师李树兵先生以意大利米兰设计师Ennio Arosio设计的玻璃房子为例,材料都是由高度透明的、超高强度的玻璃构成,其玻璃厚度6—7毫米,可在冬季特别的加热,这其中便使用到了TIM材料(保温隔热透明外墙)和电泳玻璃。电泳玻璃是在双层玻璃面上有透明的导电涂层,中间充满悬浮液。当通电时,悬浮液中的黑色针状悬浮颗粒产生定向排列,改变透明度;根据电压大小也可连续调光。
特点:像这种在玻璃房子的设计是一种完全公开的、有悖于常人所习惯的、没有任何遮掩束缚的家庭生活。与传统墙体材料相比却更能充分保证保暖、物理安全。恰如其分地使用好智能材料,是智能化家居的根本;使人过上一种回归自然的生活,也应该是未来人们期望倡导的生活方式。
X提示:依托电等媒介,虽然强度高,但如果出现破损情况,会漏电,存在一定程度上的安全隐患。此外,造价高,施工辅料价格高,也是商家头疼的问题。
感光乳胶漆
家居中常用的乳胶剂也该更新换代,如今智能可调光乳胶漆由德国研究正式问世,这种乳胶漆是在组分中加入“可逆变光剂”、“复合高分子稳定剂”等符合材料,使产品可自动调节光亮度自动适应环境。
特点:很多的资料中提到智能家居中的光线可调特点,大部分归功于电子科技的应用,却往往忽略涂料的智能感应也起到了至关重要的作用,智能不仅依靠电子科技的能耗达到所需要的效果。
X提示:价格高,普通家居中对产品的认识往往停留在传统产品上。
露珠仙外墙涂料
一个聪明的家从内到外智慧组成,外部也有其独特的智能清洁方法。德国波恩大学的Barthlott博士多年从事荷叶效应的生物研究,以他为主研发的露珠仙外墙涂料,仿生荷叶叶面微结构,利用荷叶效应产生自清洁效果,通过放大7000倍的显微镜可以看到荷叶使水和尘埃在其表面的接触面积减少了90%多,水被排除得几乎毫无残留,并带走了每一颗附在水中的尘埃颗粒。同样,在放大到7000倍的显微镜下,露珠仙也具备了这一特性。
特点:据悉,“露珠仙”已来到中国市场,青岛化工部海洋涂料研究所相关研究人员表示,高性能水性防污涂料正是受到了露珠仙外墙涂料的启发,新型的涂料将给使用者带来更好更多的选择,更人性化,建筑的后期维护成本将会大大减少。
X提示:产品初进中国,产品技术在符合中国市场中会有所调动,成本造价过高。设计师在建筑设计时往往忽略这种新技术的应用,市场接受度比较低。
聚能发光石英石
蓄能发光石材又称为光致光超长余晖蓄光材料。经验侧无任何放射元素,非夜光剂添加,无电源自发光材料,该材料主动吸蓄太阳光、灯光、紫外光、杂散光等可见光5-10分钟后,就可在黑暗中持续发光12小时以上,并且无限次循环发光,可根据实际需要,使其发出红绿蓝黄紫,等多种炫丽光色。
特点:无辐射、无污染的绿色新型的建材产品。具备天然石材的外观和性能,又具备夜间发光的特殊装饰效果。改掉以往灯光装饰与石材各占一角各主其事的局面,使二者有机的结合到一起,给建筑物增添艺术情调及靓丽效果。不仅体现节能环保的理念,更充分展示出城市的低炭生活和对美的追求与享受。
X提示:虽然施工方面与普通石材并无两异,但成本造价比传统石板材造价要高出一倍。目前国内拥有此技术及实力的商家尚为少数,在市场竞争方面可以说独占鳌头。
电介弹性复合材料
电介弹性复合材料(Dielectric Elastomer),简称DE,属于电活性聚合物(Electroactive polymers)EAP之一种,能在直流电场作用下产生极大的应变和弹性能。电介弹性复合材料在建筑上的应用还处于概念研究阶段。
特点:2011年纽约建筑师德科雅顿(Decker Yeadon)提出了自稳定立面(Homeostatic Facade)的幕墙原型方案,旨在创造一个低能耗的、自动调节太阳热量和采光的高层幕墙体系该系统的优点是具实时应变性,建筑随时间更替可产生不同的美学效应,而且这样的实时条件只以加载电流为前提,材料本身既是遮阳系统又是驱动器,所有变化都在局部内完成。如果建筑立面为曲面,就会产生统一系统不同变化的美学效果。
X提示:由于采用不规则图案的方式,采光效果未必能达到均匀和舒适,而以全覆盖的方式应用在大型项目中时,造价控制成为难以克服的问题,另外和外遮阳系统比较,在热带地区温度过高的问题仍然不易解决。
【新变革亟待发展】
除了内外部显而易见的建材,家居中为保障智能化产品正常运作,提升生活质量,不得不在优化通讯方面下足功夫。根据专业人士的介绍,目前智能化家居的样板中会使用电磁屏蔽混凝土,这种通过掺入金属粉末导电纤维等形成的低电阻导体材料,能在提高混凝土结构性能的同时,能够屏蔽和吸收电磁波,降低电磁辐射污染,提高室内电视影像和通讯质量。根据南京高旭建材有限公司的有关人员介绍,目前这种混凝土还暂时处于试用阶段,还打不到要普及的程度,一来是成本相对要高一些,二来是建筑设计的意识还没有顾及到。
上海汇博新型建材研究所卢工介绍,建筑电活性聚合物在建筑上的应用还停留在实验室和概念阶段,2010年底苏黎世联邦理工大学(ETHZ)的建筑系和瑞士联邦材料科学实验室的联合研究项目,形变(Shape shift)——走向软质建筑,研究了如何应用EAP来构建一个可动态地适应外部环境的轻质结构系统。
智能材料的研究成果涉及信息科学、电子科学、生命科学、海洋科学和软件科学技术等各个领域,这将对新阶段中科学技术和国民经济的发展起到巨大的推动作用。时至今日,能源和材料已成为人类生存和发展的物质基础,决定着人类文明的发展方向。开发绿色能源,发明新型材料,建设资源节约型、环境友好型社会已迫在眉睫。
智能材料是前沿科技与材料学相结合的产物,是结合数字化设计和快速成型技术,它的出现是材料领域的一次飞跃,将带来一场建筑设计的新革命,研究和开发的过程中都孕育着新的理论和技术,推动建筑朝着更加智能的方向发展,让未来的人类都拥有聪明的家。