智能建材：全面改善居住体验
作者：李伟     时间：2023-11-08

人们通常认知中的智能建筑，是利用计算机、通信、AI等技术为住户提供服务。其实，改善居住体验的建筑智能化还体现在材料和结构上。智能建筑材料的创新对于建筑的发展至关重要，能够极大地优化设计和建造理念，提升建筑的品质，延长其使用寿命。

里程碑：智能化恒温建材

据英国《自然》杂志报道，美国芝加哥大学分子工程学院的研究人员，开发出一种具有里程碑式意义的智能建筑材料。这种被喻为“变色龙”的建筑材料可以根据外部温度的变化改变颜色，并吸收或释放热量。在炎热的天气里，这种智能建筑材料能散射多达92%的红外线热量，帮助建筑物内部降温；在寒冷的天气里，这种材料只散射7%的红外线热量，有助于建筑物内部保温。

  以上述智能建筑材料为基础的节能方案，形象地说就是在冷的时候给建筑物“加衣”，在热的时候给建筑物“脱衣”，在不消耗大量能源的情况下保持建筑物内部的温度恒定适宜。

据统计，建筑物能耗占全球能源总消耗量的30%，其碳排放量占全球总排放量的10%。对于建筑物来说，大约一半的能源消耗归因于室内空间的温度调节，即供暖和制冷。

红外线是物体向外辐射的不可见光，也是一种热量。在传统的节能建筑材料研发领域，研究人员朝两个方向推进：一是冷却型建筑材料，即通过增强建筑物向外散射红外线的能力来帮助其内部降温；二是保温型建筑材料，即在寒冷天气里阻止建筑物向外散射红外线，使其内部的温度不下降。

芝加哥大学此项研究成果的亮点在于，将上述两个研发方向统一起来，设计开发出智能化恒温建筑材料。它包含可呈现两种构象的材料层：一种是能保留大部分红外线热量的固态铜，另一种是能散射红外线的溶液。感应到温度变化时，材料的智能控制系统就会启动，使用少量电能将铜沉积到溶液中，或者剥离出来，通过化学反应控制材料的热量散射。

研究团队解释了这种智能建筑材料如何在两种状态之间快速且可逆地切换。试验表明，在反复切换1800个周期后，该材料的两种构象之间仍然保有任意切换的能力。

研究团队还创建了这种新型材料在不同城市的典型建筑中发挥作用的模型。研究报告显示，在一栋普通的商业建筑中，用于引起该材料变化的电量不到建筑总用电量的0.2%，能够降低用于供暖和制冷的能耗，节能总量占建筑总能耗的8.4%。

智能建材的分类

上述新型智能建材技术上升到了一个新的高度，全面改善居住体验的智能建材离我们越来越近了。

智能材料的分类方式有多种。在建筑领域，根据智能材料模拟生物行为的模式，可将其分为智能传感材料、智能驱动材料、智能修复材料和智能控制材料四大类。

具体来说，上述四类智能建材主要包括应用在绿色建筑领域的智能混凝土（即人们通常所说的自修复混凝土、自调节混凝土和自感应混凝土），智能乳胶漆（通过室内外光线的变化来改变墙体的反射率，起到调节室内采光的作用），智能玻璃（建筑玻璃材料的主体）和智能涂料（有吸收物质的能力，主要用于消除烟味或其他异味）。

随着智能化环境成为我们生活中不可或缺的一部分，人们对智能建筑材料的应用也提出了更高的要求：它可以根据天气的变化显示相关信息；可以在黑暗中发光以代替灯具进行照明……

建筑中采用的智能材料，其最大特点就是互动性——能够根据环境变化做出反应，例如温度变化、压力变化、紫外线辐射量的变化、磁场或电场强度变化等等。在感应到这些变化后，智能建筑材料就可能改变颜色、透明度、硬度，甚至外观形状。

已得到应用的智能建材

智能化建筑材料往往为纳米级，这使它们具备了独特的性能。这类材料通过颜色、温度或形状的变化，可以实现不同的功效，而且这些变化都是可逆的和可重复的。英国《新科学家》杂志列举了已经得到应用的几种智能建筑材料。

一是全息玻璃，它能根据反射光的类型和观察者的位置改变颜色。建筑师从视觉效果和实用性的角度选择使用全息玻璃。它们主要用于建筑物外围的护墙，也可用于室内的间隔墙。

二是反光聚合物。它与全息玻璃的功能类似。两者的不同之处在于，全息玻璃可呈现精致的平面图案，而反光聚合物可显示动态、三维的图案和纹理。

三是智能调光玻璃，即可调控透明度的玻璃。其技术类型包括电致变色、光致变色和热致变色。这种玻璃的透光特性取决于光或热的影响。它在夏天可降低透明度，以阻挡刺眼的光线进入建筑物；在冬天，它会变得全透明，让温暖的光线进入。另外，智能调光玻璃可以阻挡多达90%的有害紫外线辐射。

四是智能木材。与上述智能化玻璃多变的特性不同，智能木材的性能特点恰恰在于“不变”。在响应环境变化方面，它可以说是不会对任何外部刺激做出反应的材料，“以不变应万变”。经过强化热处理的智能木材，具有高耐候性（适应气候变化的性能）和更长的使用寿命，可用于建筑物的外墙和外部覆层。由于“不变”的特性，它能抵御化学腐蚀和害虫，可以在任何气候中使用。

五是智能混凝土。这是一种含有微生物的混凝土，能够生成氧气，并吸收二氧化碳和污染物，从而使建筑物具备自动提升内部空气质量的能力。根据需要，它还可以实现绿化与建筑融为一体的视觉效果。

六是智能塑料。这种塑料的原料和制作方法都非常特别——从运河和其他水道中收集藻类，从中获得微生物纤维素，经发酵后织成层状结构。它是半透明的，具有重量轻、坚固、隔热等特性，可用作隔断屏风、内部包层等。

七是智能瓦片。它是大型太阳能电池板的替代品。这种小型瓦片可与传统的屋面瓦交替铺设，既美观耐用，又能吸收、储备太阳能。与传统的太阳能电池板相比，其安装过程十分便捷，而且可以很方便地连接到家庭的电气系统中。