环境设计中材料应用

材料在环境设计中的科技体现

人类社会的进步是在不断改造自然的过程中获得的，但是，在科技发达的今天，人们的物质需求进一步增长，人口急速膨胀，使人类对有限自然资源的需求空前高涨。人类为了生存而进行的种种活动，己造成对环境的严重污染和对自然生态资源的极大破坏，进而引发了一系列问题，人类的生存面临着前所未有的环境破坏和资源短缺的压力。

有研究显示，传统建筑材料每年排放的二氧化碳占全国工业排放二氧化碳的35%~40%。传统建材的生产以巨大的能源、资源消耗为代价，并造成了严重的环境负荷，这样便成为其走可持续发展道路的一大障碍和函待解决的课题。材料的开采不仅要消耗大量的矿物资源，进而对植被和耕地产生破坏，生产过程还会消耗大量的能源，废渣废弃的排放也会带来环境生态的问题。因此，传统设计材料的发展应考虑“环境”、“生态”、“绿色”、“可持续”这几个关键词。

遵循绿色设计(Green Design)的原则，设计时，合理和充分利用自然中的口、光、风、自然水、植物等因子，减少对资源与能量的消耗，减少废物的产生。在材料的选择上遵循材料利用的“5R”原则(减量利用Reduce、重复利用Reuse,循环利用Recycle、再生资源利用Re-grow、可降解Degradable。在设计寿命上，延长使用寿命，减少因拆除而产生的垃圾。

材料使用的可持续性是当代环境设计发展的必然趋势，具有三个基本特征，即:占用资源少、环境负荷小、可循环率大。现代传统建筑材料设计表现强调树立整体的、可持续发展的新观念，倡导自然、人文、技术三者的协调可持续发展。实现从传统的被动式应对自然环境，到回归“因地制宜、就地取材”的观念，向主动维护自然生态环境的方向发展。

一、传统材料的绿色生产加工及应用

1、石材的绿色加工及应用

石材开采中荒料的出材率和产生的矿渣的有效合理利用是评判石材开采绿色化的重要指标。在石矿开采吊装运输及石渣清理等生产，如以节理、裂隙尤其是主要节理、裂隙的产状和方向为切割、开矿等的依据，采矿爆破必须采用控制(预裂)爆破，如无声爆破等。为了提高石材的荒料率，应充分利用矿床的内在因素选择最佳的开采方案，使用先进的开沟技术、分离技术、解体技术等。

石材加工的绿色化指标包括加工工艺流程是否先进，加工过程中所使用的设备是否先进，如大板锯切加工设备。目前国外所用的如框架锯机、多绳式金刚石串珠锯以及装有带形或链形刀具的石材大板加工设备都可以做到加工尺寸大，效率高，寿命长。在薄板锯切加工设备方面，有五柱双梁式多锯片双向切机、"3合”多锯片双向切机等。出材率的高低、对锯切过程中产生的下脚料的利用均是衡量石材加工的绿色化的重要指标。研磨工艺和设备的先进性、切割中噪声的控制也是石材加工绿色化的评价内容之一。目前国外研磨工艺在石材大板磨抛加工设备研制发展的动向如平稳摆动磨头、减磨材料等，降低噪声方面的新手段有哑声锯片、细缝锯片、双层锯片等。

为保证使用石材的安全性，消费者在建材市场选购石材和陶瓷产品时，要向经销商索要产品放射性检测报告，要注意报告是否为原件、报告中商家名称和所购品名是否相符，另外还有检测结果类别(A, B, C)。对商家没有检测报告的石材和瓷砖，最好先请专家用先进仪器进行放射性检测，然后再决定是否购买。对于己经装修完的房间，可请专家到现场检测，如果放射性指标过高，必须立即采取措施，进行更换。业内人士认为，虽然石材放射性存在一些问题，但“问题石材”多为红色系列、棕色系列的花岗石，天然大理石和一些其他色系的花岗石还是可以放心使用的。在选用石材时，应结合不同的应用环境或场合，按使用要求分别衡量各个石材品种，以保证其在建筑中的适用性。如需要耐气候性较好的外墙应选花岗石，需要耐磨性较好的地面应选硬度较大的花岗石等，在石材的使用过程中也应注意正确的保养，以提高其使用寿命和装饰效果。

2、木材的绿色加工及应用

木材的生产和加工则具有最高的环境效益，在其开采的过程中，将原木加工成材所耗用的水很少，对水质的影响甚微。传统的木材制品的资源利用率很低，仅为30%~35%，但是随着生产力水平的提高，胶合板的用量大大增加，替代了许多实木拼板的部件，并且生产所产生的废物极少，锯材生产的废料通常被用来制造纸浆，刨花板(PB)和中密度纤维板（MDF)，或作为燃料。PB/ MDF的木材利用率可达60%~70%，而且主要以小径木，间伐木，加工剩余物为原料，制作过程中的能源消耗也比钢材、塑料、水泥低，并且能够有效的控制其工业排放物的污染问题。同时，木材的生长过程就是吸收二氧化碳，制造氧气的净化空气的过程。

现在国内外有许多新型的木质材料及产品，如定向结构板(OSB)与定向华夫板(OAP)，集成材，LUL，重组木(Serimber)，单板条层积材(PSL)等等，这些技术的应用前景广阔，是目前国际上重点研制和设计的绿色产品。

新型木材分类

3、砖瓦的绿色加工及应用

每一年，世界上都出产数百亿块粘土砖，它们每一块都是价格高昂的环境杀手。粘土砖的生产不但需要成本昂贵的土壤挖掘，还要在温度高达11000C的砖窑中经过烘烤，这个过程不仅需要大量的燃料，更会给环境造成不可逆转的破坏。

对于砖瓦行业的绿色加工，主要从产业结构和技术结构两方面进行。一是开发大规格、低容重、具有保温隔热性能的烧结空心制品，和具有装饰功能的清水墙装饰砖、内外墙体装饰板;二是采用高效节能技术，提高能源利用效率。大大降低砖瓦行业对资源和能源的消耗，减少温室气体的排放，真正做到节地、节能、利废、环保。

例如，烧结的空心制品对比实心制品，有着明显的优越性。在节省原料、燃料方面，以孔洞率为23%的空心砖与实心砖相比，每亿块可节土4.2万立方米，按取土深度3m计算，相当于21亩地的取土量。并且空心制品在劳动力、燃料等方面的消耗仅为实心制品的70%}85%;此外，空心制品在减轻墙体自重，降低建筑费用，盖上墙体热传导性能和节能方面，以及减轻运输负荷，提高居住舒适度等诸多方面均有很大的优势。

在烧制技术方面，选取高效能的“内燃料”是节能的重要途径之一。由此可以提高火行速度、节约煤炭资源，综合考虑焙烧所需要的热量、内燃料发热量、粒度、含水率以及原料的塑性指数等影响因素，以达到最佳的综合使用效果。

二、新型材料之生产加工及应用

第四次技术革命涉及了许多其它领域，人工合成材料就是其中一个重要的组成部分。人工合成材料是指通过化学合成将小分子有机物合成大分子有机物。我们通常所说的人工合成材料主要分为三种:合成纤维、塑料、合成橡胶。

这些第二次科技革命的产物(合成纤维、合成橡胶)己经普遍运用到人们的生产生活中，人工合成材料提供了传统材料无法与之相比较的方便与便捷。随着科学技术的不断进步与发展，人工合成材料的大军在不断的扩展，其中纳米材料己经成为人工合成材料的一个重要的发展趋势。

新材料的产生能够为环境的表现增添活力与动力，这就要求设计师了解科技革命所产生新材料的特性，在选用材料的种类时应与科学技术的进步。

其次，人工合成材料相对于传统材料研究更为微观化。人类认识和改造世界的过程是一个循序渐进的过程，科学技术是人类统一认识世界和改造世界的必要手段，材料的研究发展也不能出其左右，它也是一个由浅入深、由客观到微观的过程。因此人工合成材料从对材料的强度、透光性、耐腐性、热性、硬度的宏观观察升华到对材料物质的原子、光子、电子的微观研究，创造出更薄、更轻、性能(耐热性、耐腐蚀性、硬度、强度等)更高的人工合成材料，人工合成材料相对于传统材料的“重、厚、长、大”，呈现出“轻、薄、短、小“的特点。

最后，人工合成材料相对于传统材料更为复合化、高功能化、超高性能化。

三大合成材料依次为塑料、合成橡胶和合成纤维