物理學視域下建筑節能問題探討

曹永義

(湖北第二師范學院，湖北 武漢 430205)

1 物理學是建筑節能的基礎

1.1 能源與能耗本身屬于物理學范疇

在一定角度上，可將物理學視為建筑節能的基礎，脫離了物理知識的建筑規律與結論也就沒有任何意義可言。在日常生活中，無論是電能、光能還是熱能都是由能源間接或直接為人類提供的，當某種物體形態的轉變過程就是能源的消耗過程，在該過程中給予人類需要的能源，因此，無論是能源自身，還是能源消耗均在物理學范疇內。為了滿足某種需求或實現某種目的，選擇消耗能源的方式來實現，例如，應用光能照亮房間、利用電能實現制冷等。

1.2 從物理學角度看能量的轉換

站在物理學的角度，能量形式的轉換過程中，并沒有改變總能。簡言之，其中具有的能量保持不變，既不自行產生，也不會憑空消散，這就是能量守恒定律的內容，但在該規律中，僅僅對能量的數量關系加以規定，并提及能量的轉換過程。在熱力學第一定律的基礎上，熱力學第二定律的內容中對能量轉換的基本方式進行了明確的解說，即能量無法自發從低溫物體轉移到高溫物體。

1.3 建筑節能的物理學基礎

對于建筑節能而言，可將信息替代能源作為基礎，相較能源而言，信息資源是無限的。在當前社會的的發展中，能源不斷減少，能源短缺問題日益凸顯，同時，能源消耗導致環境污染問題也愈加嚴重，若無法實現矛盾與沖突的有效化解，那么將加劇這一惡性循環[2]。因此，將物質能源由信息資源取替，可以實現該矛盾問題的巧妙化解。目前備受我國建筑界關注的問題，就是如何解決高層建筑節能問題，由于不全面的建筑節能信息了解，造成不合理的設計頻頻出現，從而導致對整體建筑影響極壞。

2 物理學知識在建筑節能中的運用

2.1 以物理手段實現太陽光照明

在現有的研究理論中，醫學專家認為憂郁癥、慢性疲勞綜合征等疾病在太陽光下產生的幾率相對較小，因此，在建筑設計過程中，利用物理方式實現太陽光的自然引入，不僅為建筑空間的使用者提供了更多曬太陽的機會，還為人體保持健康提供了有利條件。若無法實現自然光照的情況下，可利用導光管裝置，其應用了反射原理，實現光纖的傳遞，但由于傳遞過程中會存在一定的能量損失，因而無法滿足長距離的光纖需求。經過這一物理手段而形成的太陽光約為2個75W燈泡的亮度。

2.2 利用太陽能取暖

在建筑取暖過程中，若想應用太陽能，在材料的選擇上應當選取熱阻和熱吸系數相對較大的。在能量傳遞過程中發生阻礙作用的就是熱阻，而物體自身的吸熱能力成為熱吸系數。在建筑的實際應用中，為了實現太陽能的有效儲存，應用熱阻和熱吸系數大的玻璃[3]。白天，在太陽光的照射下吸收熱量并加以儲存，夜間溫度較低時，可將熱量釋放，提高夜間溫度。針對冬冷夏熱地區的建筑，可利用這樣設備實現溫度的調節，即夏日高溫時避免陽光直射，冬日低溫時將陽光引入室內，從而實現保溫節能的作用。

2.3 納米技術在建筑材料中的應用

考慮到納米材料的自身特性，極具有量子尺寸，又具備光催化效應，因此，在混凝土中應用納米制作技術將具備空氣凈化、有毒物質分解的作用。隨著對于建筑功能需求的調整，混凝土材料的功能也可結合納米材料的功能而調整，例如，現已部分應用的自我修復納米材料[4]。由于納米材料的自身特性，其剛度、強度都得到了有效調整，例如廠家內的抗菌陶瓷、彈性水泥等均具有較高性能。該類材料的應用，不僅大大提升了建筑物的使用性能，更從某種程度上實現了能耗的有效降低，為環境污染問題的化解提供了幫助。

3 結語

隨著當前經濟的日益發展，能源的消耗問題也日益顯著，在當前十分緊要關頭下，相關部門應對建筑物能耗的降低給予足夠的關注度，始終將低能耗作為建筑設計的重中之重，并貫穿于設計始終。總之，物理學與建筑之間的關系十分密切，大部分建筑學的思想與理論都離不開物理學知識的支持，因此，為了實現建筑能耗的有效降低，物理學將在今后的建筑節能可持續發展中做出巨大貢獻，提供最優化的解決方式。