淺談綠色建筑中的物理知識

鄭睿楠

【摘要】綠色建筑是未來發(fā)展的主要理念，由于當(dāng)今社會對能源和材料的需求加大，故而使其備受關(guān)注，利用理論與實(shí)際相結(jié)合的手段，實(shí)現(xiàn)更高的建筑需求。本文首先介紹了綠色建筑及其發(fā)展意義，然后在此基礎(chǔ)上對綠色建筑中的光學(xué)、力學(xué)、能量轉(zhuǎn)化及能量守恒等相關(guān)物理知識進(jìn)行闡述，最后敘述其未來發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；物理知識；發(fā)展

1、綠色建筑的相關(guān)概述

綠色建筑中環(huán)境因素尤其重要，充分的利用環(huán)境對其幫助甚大。對其所處環(huán)境中的資源進(jìn)行合理分配，使科技與自然相結(jié)合，在進(jìn)行建造的過程中，降低其影響，打造適宜人們居住的環(huán)境，并且在拆除后也能將對環(huán)境的危害降到最低。在建筑的利用期間，能夠?qū)ζ渌玫哪茉醋畲蟪潭鹊墓?jié)約，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約的理念。建筑的好壞不只看其裝修，簡單的環(huán)保也是一大標(biāo)準(zhǔn)。

2、我國綠色建筑的發(fā)展歷程

在上世紀(jì)90年代末，綠色建筑相關(guān)理念傳入我國，同時(shí)期我國啟動(dòng)了小康計(jì)劃。在20世紀(jì)初，我國制定了相關(guān)的評價(jià)體系，基于綠色建筑的相關(guān)研究成果在北上廣等多個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行綠色建筑的應(yīng)用和實(shí)踐?！氨本┚G色奧運(yùn)”和“上海生態(tài)世博”等項(xiàng)目開始開放，將它們作為后續(xù)研發(fā)的參考。我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來了建筑行業(yè)的大量耗材和耗能等情況，故而綠色建筑的施行是勢在必行的。

3、綠色建筑中的物理知識

3.1綠色建筑中的光學(xué)

太陽光是一種非常清潔的光源，充分利用能夠在室內(nèi)起到節(jié)約環(huán)保的效果。利用天然光能夠?qū)θ祟惿砑靶睦懋a(chǎn)生極大的好處，與此同時(shí)也能夠降低人工發(fā)電的消耗，但采光條件受建筑位置等多條外部條件限制。綠色建筑的設(shè)計(jì)需要注意建筑的朝向等多方面因素，需要通過精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使居民居住的空間采光度最大化。例如圖所示的上海的世博軸設(shè)計(jì)：

其頂層面的支撐系統(tǒng)由外部31個(gè)、內(nèi)部19個(gè)及牽引桅桿和鋼絲繩組成。其屋頂膜面長約843米，寬約97米，展開面積大約是7.7萬平方米，以此來達(dá)到最大采光強(qiáng)度。

3.2綠色建筑中的力學(xué)

在綠色建筑中，綠色材料的使用也是極為重要的，具備力學(xué)性能優(yōu)點(diǎn)的材料是綠色材料的首選條件。其主要特點(diǎn)就是穩(wěn)定性強(qiáng)、堅(jiān)固性高，在建筑中這兩點(diǎn)非常重要。在進(jìn)行建筑選材的過程中，需要對建筑的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格把控，并針對相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行篩選，從而將所選綠色建筑材料的性能實(shí)現(xiàn)最大化的利用。例如夾心層中力學(xué)應(yīng)用：

如右圖，力云圖的夾芯板是9mm秸稈，面是 80mmEPS。下表為不同夾芯板的外荷載，在綠色建筑中它不光用來進(jìn)行承受外荷載，對芯層也起保護(hù)作 用使其避免各方面的損傷。夾芯板在綠色建筑材料中非常實(shí)用。

3.3綠色建筑中的能量轉(zhuǎn)換

太陽能在綠色建筑系統(tǒng)中主要分為被動(dòng)式與主動(dòng)式兩類。其中被動(dòng)式主要通過附近一些建筑被動(dòng)的對太陽所輻射的熱度進(jìn)行吸收，與之相反，主動(dòng)式不僅要采集能量，還需要相關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備加以輔助，將所得到的能量轉(zhuǎn)化成建筑物所需能量。綠色建筑對能量的利用主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是集熱系統(tǒng)，如制造熱水、制熱等，其大量應(yīng)用于熱水供應(yīng)系統(tǒng)。另一方面主要是光學(xué)系統(tǒng)，可以將能量轉(zhuǎn)化成電能，并用其為建筑設(shè)備提供能源。如圖所示：

在冬季的時(shí)候，太陽透過玻璃罩將熱能進(jìn)行傳導(dǎo)，使室內(nèi)溫度T上升，由于 ，如果室內(nèi)壓強(qiáng)P不發(fā)生改變，氣體質(zhì)量m不變，并且密度不會對其產(chǎn)生影響， R為氣體常數(shù)，故而可以得出如果當(dāng)溫度T上升，密度降低，其向上浮動(dòng)，然后使冷空氣進(jìn)入實(shí)現(xiàn)循環(huán)采暖。

3.4綠色建筑中的能量守恒

綠色建筑主要以可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)，故而也能將其稱為生態(tài)建筑。綠色建筑能夠?qū)⑸钪锌衫玫那鍧嵞茉崔D(zhuǎn)化為建筑能源，并將建筑中所消耗的能源收集并循環(huán)利用。在設(shè)計(jì)的手法當(dāng)中，其主要利用人工和自然相結(jié)合的方法，為居住者打造一個(gè)舒適并環(huán)保的生活空間，同時(shí)將對環(huán)境的損害以及能量的消耗降到最低，充分的體現(xiàn)出了大自然系統(tǒng)當(dāng)中的能量守恒定律。

4、發(fā)展綠色建筑的意義

在能源消耗當(dāng)中，建筑消耗占據(jù)著重要作用，其對環(huán)境影響重大。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查可知，超過半數(shù)的地球能源和超過半數(shù)的自然原料中，均用于制造建筑物中。在我國耗能統(tǒng)計(jì)和用電統(tǒng)計(jì)中，建筑都占據(jù)25%。持續(xù)加快的城鎮(zhèn)發(fā)展持續(xù)不斷的消耗自然界中的能源，并且其所占耗能比例持續(xù)加大，故而發(fā)展綠色建筑勢在必行，新的能源和綠色的建材能夠?yàn)榈厍驕厥覊毫M(jìn)行緩解，從而保護(hù)其他資源。

總結(jié)：

根據(jù)相關(guān)實(shí)踐能夠發(fā)現(xiàn)，建筑行業(yè)想要持久穩(wěn)定的發(fā)展必須要走可持續(xù)發(fā)展的道路，從而確保生態(tài)環(huán)境不被破壞。在進(jìn)行環(huán)境的探索和資源利用最大化的同時(shí)，還需結(jié)合建筑師的綠色理念，例如進(jìn)行建筑采光、選材、節(jié)能等多方面都是需要設(shè)計(jì)師進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算總結(jié)。只有合理的進(jìn)行建筑與環(huán)境相結(jié)合，才能從根本上實(shí)現(xiàn)具備感性和理性互相融洽存在的建筑。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鵬程.淺談綠色建筑理論在實(shí)踐應(yīng)用中的問題[J].中國科技博覽，2010（31）：109-109.

[2]劉鳳勤.淺談建筑設(shè)計(jì)中生態(tài)策略—“綠色建筑，筑造健康”[J].中國科技博覽，2016（5）：120-120.