第三章學生新型科技生活的體驗3(2 / 3)

根據世界環保組織的調查,發達國家發展節能建築的成績相當顯著,在已經推廣節能建築的城市中,就建築物本身來說,單位建築麵積耗能下降了25%-35%,有的甚至達到40%以上;就整個城市而言,僅美國所擁有節能建築的城市,能耗普遍下降了3%~6%,這意味著城市每年可以節省能源開支數億美元。以此類堆,所有的節能城市將給世界節能數量可觀。

以色列曾經推出一種節能建築,屋頂及牆麵采用隔熱保濕材料,局部安裝太陽能電池板,這樣屋裏的所有用電均能通過太陽能自給;門窗采用特殊玻璃,這種玻璃可隔熱,冬季采光性能好,夏季則可反射陽光。室內所用均為節能燈具,因此可盡量合理循環。屋子周圍的花圃采用滴灌技術。整棟建築形成一個和諧的整體,有效地節省了能源。

28.太陽能建築

對於資源短缺而陽光充沛的地區而言,太陽能是再好不過的能源了。事實上,從環保的角度著眼,世界上許多發達國家都把眼光投放到太陽能住宅上。

英國一位建築學家提出了一種稱為“21世紀太陽城市”的構想。他認為,要想為日後的人類和動植物留下未受汙染的土地、空氣、水以及各種自然資源,人類必須最大限度地利用清潔的太陽能來建築“太陽城市”和“太陽建築”,用“太陽時代”取代“機器工業時代”。

這位建築專家已將有關的理論付諸於實踐。他在法國的波爾多港建築了一幢新型建築,建築內部的全部能量都來自於太陽能裝置,並且,整幢大樓沒有空調設備,而是用一條通往瀑布的通風管道來代替空調器的作用。此外,他還在日本東京設計了另一幢建築,同樣無須使用電能的空調器,就能使整個建築內部涼爽如春。

太陽能建築的主要特征是,將太陽能集熱板安裝在建築物的外麵,利用收集到的太陽能為建築物內的設施和人員所利用。換句話說,太陽能建築中的人員,所使用的能源主要是太陽能。

在太陽能建築方麵,走在最前麵的是德國。德國每年將在建築上新增15萬平方米的太陽能集熱板。1993年12月,德國弗登堡市建成了一座造型獨特的“太陽能建築”:屋頂上共安裝了50平方米的太陽能集熱板,足以為住宅供應所需的全部電能,包括照明、熱水、取暖、空調和其他家用電器用電。該住宅麵積為100平方米,造價150萬馬克,考慮到政府的補貼和優惠,一般市民就買得起這種住宅了。

1994年,德國有12個城鎮對安裝太陽能集熱板的住宅實施優惠政策。德國亞琛市政府規定,凡積極利用太陽能的居民,政府負責其太陽能集熱設備費用的一半,而且由政府免費安裝;波恩市政府也公布了一個《千戶家庭太陽能電站計劃》,對擁有太陽能發電設備的住宅,由政府安裝與公共電網相連的線路,對住宅多餘的太陽能屯力,政府全部收購,而且免收稅金。由於這些舉措深得人心,居民對使用太陽能建築表現出很大的熱情。

目前,德國正在實施一個宏大的計劃:到21世紀初,全國城市住宅有30%以上主要依靠太陽能來供電。

值得一提的是,科學家還根據向日葵的向日特性,設計出高效利用太陽能的住宅。這種新穎的住房最特別的地方,就是能像向日葵一樣,“追隨”著太陽旋轉,因而能最大限度地利用太陽能。它建造在一個鋼筋水泥的平台上,而水泥平台則安置在能轉動的轉向架上。轉向架的基座位於地下室內,由6根支撐的柱子組成環形軌道。6個驅動頭使整幢住宅每天隨太陽轉動180°,晚上又返回到初始位置。

這種住房的設計,不僅使房間能始終充滿陽光,而且,安裝在房頂上的太陽能電池和聚光鏡,也能均勻地受到太陽光的照射。成排的太陽能電池板上的光電池,會將太陽能轉變成電能。整個建築由電子計算機來操縱控製,所有的驅動和電腦操縱所需的能源,以及照明、供暖和生活用電,也都是由太陽能提供的。

太陽能是一種廉價而又幹淨的可再生能源,它取之不盡,用之不竭。假如能將太陽能收起來供人們日常生活使用,那樣不僅能節約大量不可再生的能源,而且也避免了其他能源形式可能造成的汙染,保護了自然環境。

29.生命建築

如今,建築物智能化、仿生化的程度越來越高,學術界新近出現的生命建築構想就是其中的佼佼者。

何謂生命建築?1994年,15個國家的科學家在美國聚會,提出運用新材料和新技術,建築與生物界相仿的、能感受外界和自身變化並作出反應的建築物,這就是生命建築。

生命建築的基本特征有:

生命建築具有“肌肉”,對外界變化能很快作出反應。橋梁損壞的主要原因,是車輛在行駛中產生的共振,損壞的薄弱環節是用不同材料合成的梁。而用能自動收縮和舒張的智能材料,如電熱控製的記憶合金,就可改變梁內部的力和形狀,使梁的振動頻率變化,使橋梁承受振動的能力增高10倍。正在研究中的其他“肌肉”材料還有壓電陶瓷、磁致伸縮材料、電磁流變液體等,它們已經在一些建築上試驗成功。

生命建築有能獲得“感覺”的“神經”。加拿大和美國科學家將光纖維或壓電聚合物製成厚僅200~300微米的壓力感應薄膜,並把這種“神經”埋在房屋、道路、橋梁中。這種“建築神經”不僅能“感覺”到整座建築或橋梁內部的受力變化,甚至能感應檢測到一輛汽車開過時,橋梁所受的震動和橋的變形。如果橋梁產生裂縫,“神經”信號就會中止,從而便於預防,並能及時查出建築的隱患所在。

生命建築要有能自動調節控製的“大腦”。在一座大型生命建築或橋梁內,會有許許多多的“神經”和“肌肉”材料埋在關鍵部位,它們之間的相互作用也十分繁複,需要有一個控製和協調的中心,這就是生命建築的“大腦”——一台大型電腦,它具有能判斷、決策並進行協調的程序,對重要程度不同的部位所傳遞的信息,作出迅速的反應和處理。

這便是由係統控製、人工神經網絡和大腦所代表的未來生命建築的主要特征。建築設計師指出,如果沒有人工生命的控製中心,由無數光纖傳感器、驅動執行器堆砌起來的建築很可能是一座“代價昂貴,行為愚蠢的結構”、“像一個患腦溢血的病人”。

當地震和風暴造成建築物大幅振動進而摧毀建築物時,生命建築就能在災害發生時保護自己,生存下來。近年來,日本發展了智能化的質量阻尼技術。地震發生時,生命建築中的驅動器和控製係統會迅速改變設在建築物內的阻尼物(如流體箱)的質量,從而改變阻尼物的振動頻率,以此來抵消建築物的振動。這種方法也可以減小超高大廈和懸掛式橋梁因風力引起的搖擺。

美國正在研究地震發生時怎樣讓生命建築之間能自動伸出各自的驅動阻尼器,並連接在一起,就像人在搖晃的船甲板上手拉手一樣,不易傾倒。

地震造成的建築振動往往有若幹個振動周期,美國科學家用化學混沌動力去幹擾和破壞這樣的周期振動,使建築物的破壞性大幅振動轉變為無序的能量分散的混沌運動。這如同一個振動著的音叉與一個率亂運動的小物體相遇,音叉的有序振動會變成雜亂無章的振動。這是一種以少量能量去影響和減少巨大能量對結構破壞的有效途徑。

生命十分可貴,康複對於生命而言十分重要。美伊利諾斯大學已研製出生命建築自我康複的方法。它的執行元件是充有異丁烯酸甲酯粘結劑和硝酸鈣抗蝕劑的小管;當生命建築出現裂縫時,小管斷裂,管內物質流出,形成自愈的混凝土結構。這個方法已獲成功。這完全像人體血液中的血小板,能夠自動堵塞創口,使肌體康複。

生命建築是模擬生命而設想的,它具有生命的基本模式和功能,是一種地地道道的未來建築。

30.智能大廈

“智能大廈”,在美國稱為“聰明大樓”或“頭腦大樓”,亦有人譯為“智慧型大樓”。它是在情報通訊係統高度智能化的基礎上,確保傳遞情報迅速、安全、可靠,室內環境舒適,節能的新型建築物。

1981年,世界上第一幢智能大廈在美國康涅狄格州的哈特福德市誕生了,這就是名為“城市廣場”的38層商業辦公大廈。

在美國,智能大廈是在過剩的辦公大樓和繁榮的商品房市場中,為人們開展經貿活動的需要而興建的。從使用的第二天開始,人們就享受到了那裏“智慧而方便”的各種服務,這種服務主要是指情報通訊和辦公自動化方麵的各種服務。例如,利用程控交換網的高功能通訊服務;為顧客提供從多個市外電話局中,自動選擇最佳線路的功能;由多個數據庫提供的科技情報服務等等。

那麼,智能大廈是怎麼產生的呢?信息與電子技術的飛速發展,是促進智能大廈產生的主要原因。70年代中期,世界性的能源危機之後,美國紛紛追求辦公室的工作高效率。由於智能大廈使用了高效率的通訊設備,因此使辦公效率大大提高。智能大廈實際是辦公室自動化的產物。此外,建築業本身的競爭以及建築結構和形式的不斷翻新,也是促成智能大廈產生的原因之一。

智能大廈具有以下特點和功能:

情報通訊功能:除電話、電報等傳統通訊工具以外,還有數據交換機及增值通訊網絡,利用數字顯示的程控交換網和衛星通訊係統等現代化的高級通訊功能。