當(dāng)我們感知外界冷暖時(shí)，會(huì)通過增減衣物維持體溫。你知道嗎，不光人類可以這樣，智能化的建材也實(shí)現(xiàn)了在低能耗的條件下“脫一層”“穿一層”保持建筑物恒定的溫度，讓我們一起來看看它是怎樣實(shí)現(xiàn)的吧！

建筑群。圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛

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新型“變色龍”建材橫空出世

研究人員利用電化學(xué)和光學(xué)的相關(guān)知識(shí)，巧妙地設(shè)計(jì)了一種智能化的建筑材料。這種材料可以根據(jù)外界溫度的變化發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，來改變自身的顏色以釋放或吸收能量，仿佛“變色龍”一般。

材料的內(nèi)部含有可以在固體、液體兩種物相轉(zhuǎn)換的層，分別是可以保留紅外能量使溫度升高的固體銅和可以發(fā)射紅外線使溫度降低的電解質(zhì)水溶液。

當(dāng)材料周圍的溫度發(fā)生變化時(shí)，賦予材料少量的電便可使金屬顆粒發(fā)生化學(xué)變化，進(jìn)而調(diào)控材料內(nèi)部的納米顆粒沉積形貌，最終改變材料對(duì)于紅外熱輻射的發(fā)射率實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的調(diào)節(jié)。

材料變色示意圖。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

到了炎熱的夏天，這種建筑材料可以釋放出超過 90% 的紅外線熱量使建筑物內(nèi)部溫度降低；而到了寒冷的冬季，便只會(huì)發(fā)射不超過 10% 紅外線以維持建筑物內(nèi)部的溫度。在此變化過程中所需的電量極低，可以節(jié)省取暖能耗的 8% 左右。有了這種材料，就可以在一定程度上減少天氣突變給我們帶來的不便。

目前科研團(tuán)隊(duì)只研發(fā)了不超過 10 厘米寬的材料碎片，材料的組裝、商品化及更好的制造材料的方法還在不斷的探索中，相信智能材料時(shí)代的到來會(huì)為可持續(xù)發(fā)展的未來做出更大的貢獻(xiàn)。

材料碎片。圖片來源：參考文獻(xiàn) 1

02

還有哪些節(jié)能環(huán)保建材？

除了上面提到的“變色龍”材料，如今的建筑建造中還用到了很多節(jié)能環(huán)保建材，其中既有人工建材也有天然材料，讓我們一起來看看都有哪些吧。

1. 節(jié)能型玻璃

建筑物中玻璃占的面積較大，通過玻璃損失的能量可以達(dá)到整個(gè)建筑物能耗的 50%。夏天烈日產(chǎn)生的強(qiáng)太陽能輻射會(huì)透過玻璃使室內(nèi)的溫度升高，冬季室內(nèi)的熱量可以通過玻璃釋放到外界?？梢?，使用節(jié)能控溫玻璃至關(guān)重要。

花樣百出的智能化控溫玻璃已進(jìn)入市場。通過在玻璃中添加特殊材料制作而成的變色玻璃在受到太陽光照射后，玻璃的顏色會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響透光率以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的控制。

使用高強(qiáng)度粘結(jié)劑將多片玻璃與鋁合金框架粘結(jié)制作的中空玻璃具有良好的隔熱效果，在冬季室內(nèi)的溫度可被很好地維持。

此外，在玻璃外鍍上具有不同功能的膜產(chǎn)品，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)光的透過及反射的智能化控制，能有效的增加室內(nèi)的熱能。低輻射、熱反射等多種功能的玻璃層出不窮，極大地助力節(jié)能減排。

節(jié)能型玻璃。圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛

2. 高性能混凝土

混凝土在建筑材料中最常使用。高性能混凝土的使用節(jié)約了大量的水泥和鋼材，進(jìn)一步減少了二氧化碳等有害物的排放。

多種功能性的物質(zhì)也被添加到混凝土中，比如摻入二氧化鈦可吸收空氣中的有害物質(zhì)。此外，研究人員研發(fā)了包含磷光材料的水泥混合物來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土，此材料在白天吸收陽光，在晚上可以照亮，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

白天吸收光照，晚上發(fā)光的磷光混凝土。圖片來源：ArchDaily

3. 竹材

竹材是一種天然的有機(jī)高分子聚合物，主要由薄壁細(xì)胞和維管束組成。竹材的抗沖擊性及抗震性強(qiáng)，其內(nèi)部空腔的結(jié)構(gòu)使其熱傳導(dǎo)效率遠(yuǎn)低于混凝土。竹材結(jié)構(gòu)內(nèi)部通常填充保溫棉，因此其保溫隔熱性能要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的混凝土，住宅的能耗會(huì)大大降低。

竹材。圖庫版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛

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結(jié)語

在 2021 年，建筑行業(yè)相關(guān)的能源消耗便超過了全球能源消耗的 30%，二氧化碳的排放也達(dá)到了 100 億噸的當(dāng)量，占溫室氣體總量的 10%。

在這樣的大環(huán)境下，低碳、環(huán)保、節(jié)能、綠色的建筑材料的使用對(duì)于全人類的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。隨著科技的進(jìn)步，更多智能化的建材也必會(huì)被人類使用。我們的生活離不開建材，那么，就從選擇綠色環(huán)保建材開始，共同維護(hù)我們美好的家園吧！

參考文獻(xiàn)：

[1] Chenxi Sui, Jiankun Pu, Ting-Hsuan Chen, et al. Dynamic electrochromism for all-season radiative thermoregulation. Nat Sustain (2023). https://doi.org/10.1038/s41893-022-01023-2.

[2]蔡綺婷, 吳燕婷. 推進(jìn)綠色建材應(yīng)用 構(gòu)建產(chǎn)城融合低碳發(fā)展新格局[J]. 市場監(jiān)督管理, 2022(18):1.

[3]吳振兵. 綠色建筑材料在建筑工程施工中的應(yīng)用[J]. 工程與建設(shè), 2022(003):036.

[4]張挺. 基于生態(tài)城市理念的低碳建筑管理體系研究[J]. 城市建筑, 2017(8):1.

出品：科普中國

作者：石霧遙 科普創(chuàng)作者

監(jiān)制：中國科普博覽

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