先进材料与技术.docx

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先进材料与技术

西安工业大学

《先进材料与技术》课程论文

论文题目：

《上海世博会中建筑外层高科技材料的应用》

所属方向：

《奥运会和世博会上应用的高分子材料》

学生姓名：

田晓辉

学号：

130511124

院系：

经济管理学院

上海世博会中建筑外层材料的应用

一引言

2010年上海世博会践行的是绿色，低碳，环保理念，许多国家和地区，以及企业产业展馆都围绕这一主题进行了演绎，汇聚了全球最先进的城市低碳发展理念及实践案例，下面就世博会中建筑外层的环保进行描述和分析。

二案例

1中国馆

国产高性能氟碳材料：

闪耀中国红，被称为“东方之冠”的中国国家馆，由种红色组合而成的外立面板能够在白昼阳光折射，夜间灯光投射及不同视觉高度等条件下，形成统一的具有沉稳和经典视觉效果的红色。

让“中国红”如此夺目的就是国产氟碳涂料,其颜色生命期长达15——20年。

沙基透水砖：

低碳型建筑材料。

该产品是通过自主创造，以沙漠中的风积沙为原料，通过免烧结成型工艺制作而成。

其“低投入，高产出，低消耗，少排放，能循环，可持续”特性不仅符合低碳经济发展需要，而且满足建设生态文明需求。

透水砂岩系列产品，其外形与意大利花岗岩石材别无二样，同时又具有透水速度快，强度高，耐磨性好，本身具有自洁功能的特性。

“小砂砾，高科技，大产业”，为世博会体现中国文化，东方哲学对理想人居环境的憧憬提供了系统支持和产品支持。

太阳能电池板：

光伏建筑一体化材料。

中国馆采用了68米平台和60米观景台铺设单晶太阳能组件的方案，总装机容量达302千瓦。

中国馆的60米观景台四周采用特制的透光型“双玻组件”太阳能电池板，用这种“双玻组件”成的玻璃幕墙，就具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转化成清洁电力，一举两得。

2日本馆

“发电膜”全球首次使用。

日本馆的弧形穹顶上有三个呼吸孔，三座排热塔以及透明夹层皮肤。

日本馆选择了透光，轻质高度，可回收利用的夹层薄膜乙烯——四氟乙烯共聚物（ETFE）作为建筑表皮系统，夹层中埋有曲面太阳能电池为建筑提供绿色辅助能源。

这张高透光性发电膜通过吸收太阳光自动发电，正常可提供整个日本馆供电系统1/4的电力。

透光发电膜还会随着日光及夜晚的演出情况变换各种“表情”据悉，日本馆在建造过程中通过使用“发电膜”和“循环呼吸柱”，实现了将钢筋的使用量削减至普通建筑的69％。

同时，设在建筑表皮上的喷雾系统可以降温而不湿衣。

呼吸孔与排热塔用于室内外空气的交换，强化冷暖空气的流通。

具有采光，收集雨水，散水降温的“呼吸”功能，可减少空调能和照明用电。

3英国馆

透明亚克力杆，时尚又低碳。

英国馆的造型奇特，其昵称是“蒲公英”。

英国馆的外墙上安装的6万根“触须”长7.5米左右，大部分露在展馆外面，具有一定的柔软度，能随风轻轻飘动，让观众感觉似乎整个展馆都在飘动。

英国馆不仅外形奇特而且还非常低碳。

白天，触须会像光纤那样传导光线来提供内部照明，营造出现代感和震撼力兼具的空间；夜间，触须内置的光源可照亮整个建筑，是用电量较少的几个场馆之一。

6万根“触须”的底部装有6千种不同品种植物种子，这些种子是采用特殊的工艺被浇铸进亚克力管中的，组成一座给人带来强烈震撼的“种子殿堂”。

4芬兰馆

新型纸塑复合材料，首次亮相。

芬兰馆的垂直承重结构由钢材制成，水平结构由木质框架元件组成，而外部则使用了富有现代气息的鳞状花纹纸塑复合板。

芬兰馆反面透露，芬兰馆外墙使用上午鳞状装饰材料是由UPMProFi木塑复合材料制成，是一种特殊环保建筑材料，它由废纸和塑料制成，十分坚硬，不会褪色，移动和拆卸也十分方便，而且全部材料都可以被回收，这种新型材料环保建筑材料也是通过芬兰馆首次向世界展示。

5韩国馆

新型合成树脂。

韩国企业业联合馆的主题是“绿色城市，绿意生活”，其建筑设计也体现了绿色，环保的概念。

韩国企业联合馆的外面由合成树脂做成，但和以往难以腐化的合成树脂不同，韩国企业联合馆外立面用的合成树脂是可腐化的。

在世博会后，韩国企业联合馆将被拆除，而这些合成树脂外立面则将被制作成环保袋，赠予上海市民。

6瑞典馆

胶合木，强度堪比钢材。

瑞典国家馆的入口是由纵横交错的木梁和木柱支撑起来的。

这些木梁和木柱所用的材料是胶合木，是一些边角木料用胶粘成的“栋梁之才”。

胶合木的运用，既体现了瑞典馆“创意之光”的主题，也符合城市生活可持续发展的要求，是瑞典馆展示的一大亮点。

二材料类型

1生物材料

　　这一类材料中，主要包括竹子、木材、藤条、绿化植被、麦秸砖、屋顶花园等等。

这类生物材料往往注意与当地的原生性材料相结合，将当地资源丰富的原材料作为建筑外层设计，往往是可回收利用、无污染的绿色材料。

2玻璃材料

　　玻璃是本次世博会应用比较广泛的一种建筑外层材料。

绝大多数的展馆外墙以及门窗洞口等都有应用。

除了最普通的玻璃之外，玻璃材料往往与一定技术或科技手段相结合，主要希望达到低辐射、低耗能、保温隔热的效果。

例如澳门馆等采用的低辐射双层中空玻璃；世博中心的双层玻璃幕墙中，还精心设计了金属丝网和惰性气体，以起到更好的保温隔热作用。

3太阳能利用材料

　　很多场馆实现了太阳能利用技术与建筑外层设计的一体化。

本次世博园展馆建筑中主要是对太阳能的主动式应用，主要方式是光伏发电技术和光热转化技术。

如瑞士馆使用了11000块包含敏化太阳能电池的生物树脂悬挂在半透明的铝网结构帷幕上。

这些树脂圆片与展馆周围的能量如阳光和相机的闪光发生反应，整个外墙呈现一种动态闪光的视觉效果，以此展示如何充分利用周围的能源。

4环保复合材料

　　这类材料一般具有可降解、可以循环利用的特点并且有别于以上几种材料。

如联合国馆外墙所采用蜂窝复合墙体材料，因为其主要构成为纸，也被通俗的称为“纸砖”。

经过特殊工艺的纸蜂窝材料，有防火、质轻、保温、隔音更能，并可降解。

芬兰馆外层的新型纸塑复合材料，以标签纸和塑料的边角余料为主要原料，表面坚硬耐磨，水分含量低，自重低，不褪色。

5薄膜材料

　　本次世博会主要采用的膜结构材料大多为聚四氟乙烯（PTFE）薄膜和乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜材。

除了PTFE膜和ETFE膜之外，还有其它一些环保可回收的薄膜材料在展馆建筑外层中得以应用。

德国馆外墙采用的是一种网状的、透气性能良好的革新性建筑布料，表层织入了一种金属性的银色材料。

这种复合材料对太阳辐射能具有极高的反射作用。

展览结束后建筑网膜还可以制成手提包、遮阳伞等进行重新利用。

6传统材料的新利用

　　意大利馆的透明混凝土源自于一种特殊的树脂与水泥的混合，大量的、颜色各异的树脂组合在一起可折射五彩斑斓的灯光，进一步加大了室内自然光照明的效果。

　　澳大利亚馆、卢森堡馆、智利馆都选用了耐候钢作为建筑外层材料，耐候钢在钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。

与普碳钢相比，耐候钢在大气中具有更优良的抗蚀性能。

与不锈钢相比价格较为低廉。

　　水在本次世博会中也被巧妙的用于建筑外层设计。

匈牙利馆外墙被垂直悬挂的无数的透明塑料水管包围，里面是流动的水，远看像是垂挂的线帘，近看能看到水流速度的不同和水管内的气泡。

在美观外层的同时也能起到外墙面降温节能的作用。

7其它材料

　　除了上述几大类主要特殊材料之外，也有很多相对传统或者普通的材料在外层设计中得到了应用，主要包括塑料复合材料、金属材料、木材合成板材、瓷砖（马赛克）等等。

塑料复合材料有PVC板材、塑料板、塑料片、橡胶等等。

外层设计往往利用这些材料的形状易切割、色彩丰富等的特点。

例如拉脱维亚馆外墙的十万个彩色塑料片。

金属材料有不锈钢、铝合金板材、铝塑板、彩钢板等等，这类材料往往用于大面积的建筑外层装饰。

此外还有部分场馆用传统的马赛克、瓷砖等面砖进行外层设计，如奥地利馆的红白两色马赛克，以色列馆仿石材的面砖等。

三材料性能与作用

1展示作用

　　这里的展示包括空间上的建筑形体的展示，也包括对建筑文化和设计理念的展示。

从材料应用角度来看，建筑外层材料的选择往往依据设计理念，有时只有选用某些特定的材料、材质才能够达到建筑师对建筑外层形态的塑造效果以及建筑文化内涵的展示。

另外，从材料的颜色角度来看，很多材料本身的自然色可以更真实、自然的反应建筑原本的设计思想，与建筑形体相得益彰。

2保温隔热性能

　　建筑外层设计的保温隔热性能主要可以通过两方面实现，一是材料本身以及材料的构造方式可以起到保温隔热的性能；二是建筑外层结构的设计方法，该方法主要采用双层空间设计，内部通常为普通的围护结构，外层为展示层。

通过两层材料之间的间隔，并利用空气流通等措施起到保温隔热的作用。

利用材料本身起到保温隔热性能的有绿色植被、屋顶覆土技术的花园、双层中空玻璃、木材等等。

利用外层结构构造起到保温隔热作用的有太阳能板、膜材、水幕等。

如主题馆屋面太阳能板与建筑防水等结构措施相结合，设置双层构造，以起到保温隔热作用。

3采光与通风性能

　　建筑外层材料的采光性能主要通过三方面实现，一方面是利用了材料本身的透光性，这类材料主要为膜材。

第二方面是对玻璃材料进行一定的处理，以达到特殊的采光效果。

如智利馆的玻璃中掺入65%-70%的废旧玻璃，能起到透光不透视的作用。

第三方面是通过不透明材料的布置形式，采用孔隙式采光。

4降噪性能

　　除了目前应用已经比较广泛的双层中空玻璃（如澳门馆）可以起到降噪的作用外，本次世博会场馆建筑中所应用的部分材料，同样具有良好的降噪性能。

例如葡萄牙馆的外墙、内壁以及地板采用的软木来自于大自然，由软木做成的地板及墙板具有卓越的吸音、隔音和减震性能，为人们营造一个宁静祥和的空间。

5能源生产功能

　　外层材料的能源生产功能主要由太阳能材料的发电装置提供。

以主题馆的屋面太阳能板为例，其面积达3万m2，年发电量约250万度，大约相当于少用893吨标准煤，预计可减少二氧化碳排放量2374吨。

6自洁性能

　　具有自洁性能的建筑外层材料以膜材料为主。

如中国航空馆的PVC膜表面有一层二氧化钛光触媒的涂层，表面不易附着污物，同时可分解附着在表面的灰尘和有机物，并能够吸收紫外光，还可以使膜免遭紫外线照射的老化作用。

四建筑外层材料总结

1材料性能的综合体现

　　本次世博会场馆建筑外层设计的特点就是，建筑外层不再是简单的内部与外部的分隔，而是要实现一系列功能，如通风、采光、隔热、保温、降噪、防火、安全、美学等等，并且根据建筑特定的功能要求、地域和环境特点等，可以强化或者弱化某项功能。

建筑外层可以按照不同的功能等级划分为不同的功能层。

绝大多数场馆建筑外层设计的材料选择，综合考虑了材料的不同功能，并对其进行了合理组合。

一方面是一种材料往往兼有多种性能；另一方面是单个建筑上结合建筑设计运用多种材料以达到不同的效果和作用。

2建筑外层材料的发展趋势

　　总结本次世博园区建筑外层材料的应用经验，可以为今后的展会型临时性场馆建筑以及新建建筑的外层材料提供借鉴，一些材料的运用方式也显示了建筑外层材料的发展趋势。

　　①建筑外层材料将趋于无害化，并重视节能环保；

　　②复合型材料得到越来越多的应用，尤其是环保复合材料；

　　③材料趋向于制成品或者半成品，很多材料可以进行重复利用和快速施工；

　　④重视可持续发展的理念，强调建筑外层的一体化、复合多功能。

五结束语

世界博览会是工业革命下科技进步的产物，它往往代表着当代世界技术的趋势，推动了现代科技进入人类生活。

许多新材料都是在世博会上第一次“亮相”并被人们认识，从而得到普及和推广。

上海世界博览会展示的众多建筑外层材料对未来建筑业的发展有着深远的影响。