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1 前言诺贝尔奖获得者海·罗雷尔曾说过[1]:“未来将属于那些明智接受纳米，并且首先学习和使用它的国家。”发展我国的纳米技术具有重要意义，中国科学院副院长、国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士曾撰文呼吁：“为增强我国的国际科技竞争力和经济竞争力，促进第三步发展战略的顺利实施，保障我国未来的可持...
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1 前言
诺贝尔奖获得者海·罗雷尔曾说过[1]:“未来将属于那些明智接受纳米，并且首先学习和使用它的国家。”发展我国的纳米技术具有重要意义，中国科学院副院长、国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士曾撰文呼吁：“为增强我国的国际科技竞争力和经济竞争力，促进第三步发展战略的顺利实施，保障我国未来的可持续发展和国家安全，必须大力加强纳米科技的研发工作，动员多学科、跨部门和跨行业的力量参加到这一领域中来。”由于现实的纳米技术，尤其是纳米材料所表现的投入少、见效快、市场前景广阔等特点，纳米技术的应用已得到我国企业界的广泛响应。纳米（nm）其实是一种计量单位，即10-9ｍ。国际上确认，当物质的粒径在100nm以下时，这种物质就可称为纳米材料。制备和驾驭这样小的物质的技术就是纳米技术。纳米材料是纳米技术中最为活跃的重要组成部分，纳米技术内涵包含各个领域，就纳米材料学而言，它包括纳米材料的制备技术以及纳米材料向各个高科技和所有传统工业领域渗透应用的技术。近年来，纳米技术已经开始在建筑环境与设备领域得到应用，对促进社会经济发展，提高人们的生活水平起到了积极的作用。本文将就纳米技术在建筑环境与设备领域的应用作简单的介绍。 2 纳米技术在建筑环境中的应用
随着住宅改革和国民生活水平的提高，特别是建材业的高速发展，装修热的兴起，装饰材料所造成的污染成了室内污染的主要来源。尤其是空调的普遍使用，要求建筑结构有良好的密闭性能，以达到节能的目的，而现行设计的空调系统多数新风量不足，在这种情况下造成室内空气质量恶化。室内有机挥发物的污染，轻者得建筑物综合症，重可致癌。
2.1 纳米技术与空气净化
具有空气净化功能的纳米建材利用离子交换复合工艺，使层状无机材料在极性分子的作用下发生膨胀，层离均匀分散在水介质中。其层间可交换性阳离子在电性力的作用下与交联剂发生交换，通过这种交换作用，抗菌或净化成分进入其层间，把层与层撑开，在层间交替形成分子级支柱，从而形成各不相同的纳米复合抗菌材料、净化空气材料。这种纳米复合抗菌材料和净化空气材料可净化甲醛、苯等有毒有害挥发物80%以上，抗菌率达98%以上。利用纳米技术可以开发出净化CO2并产生负离子具有森林功能的建材。森林功能建材具有两个特点，可净化CO2及有害气体，室内的CO2浓度可减少到森林中大气的浓度，还可增加空气中负离子的数量。由于人类的活动，一方面使CO2向大气中的排放量逐年增加，据测定，19世纪CO2的环境浓度为290×10-6，1995年为363×10-6。每年平均上升幅度为 作者简历:☆陈明,男,1971年,工学学士,230041
0.7×10-6。20世纪初正负离子的比例为1:12[2]，现在正负离子的比例为12:1，正离子的增加引起慢性病增加，交通事故增多。负离子的主要作用为：①减少电子波的污染；②空气净化；③减少VOC和香烟污染；④抗菌防霉；⑤促进动植物的成长。减少空气中CO2的作用有：①减少地球环境负荷；②空气净化作用；③减少细菌繁殖；④减轻疲劳，创造舒适环境。总之，增加负离子和减少CO2均可创造清爽和舒适的环境，有利于健康。
2.2 纳米建筑材料
氨的室内来源其中最重要的一方面：建筑施工中为了加快混凝土的凝固速度和冬季施工防冻，在混凝土中加入了高碱混凝土膨胀剂和含尿素与氨水的混凝土的防冻剂等外加剂，这类含有大量氨类物质的外加剂在墙体中随着温度、湿度等环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来，造成室内空气中氨的浓度大量增加，特别是夏季温度较高，氨从墙体中释放速度较快，造成室内空气中氨浓度严重超标。利用纳米技术和纳米材料开发新型的混凝土外加剂，增加混凝土外加剂的品种，提高混凝土外加剂的性能和对混凝土改性的效果，并减少副作用。为了提高混凝土的寿命，防止腐蚀老化，可在多孔的混凝土中使用浸渍涂覆等技术进行表面处理。在混凝土内进行Ca、Mg、Al离子的反应使混凝土内部和表面形成玻璃态，最后形成的涂覆材料是以硅酸盐为主要成分的纳米胶态材料，可使混凝土强度提高2～10倍，使用寿命提高3倍以上，并提高表面硬度和防水性，可用于建筑、铁路、道路路面、港湾、河川、水坝，也可用于屋顶防水。建筑钢材也是现代土木工程中应用较广泛的工程材料之一，也在向高强轻质方向发展，特别是利用纳米技术开发自身防火和防腐的钢材，必将促进钢结构更快的发展。在玻璃、瓷砖等建筑材料表面采用超双亲界面材料技术后，水滴或油滴与表面的接触角接近于零，从而实现自清洁及防雾效果，使作为外墙使用的玻璃、陶瓷等建筑材料也能像荷花一样出污泥而不染,这是纳米界面材料技术赋予传统建材的神奇效果。 3 纳米技术在建筑智能化中的应用
促进智能建筑的发展智能建筑是指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通信技术、信息处理技术与建筑艺术有机结合，通过设备的自动控制、对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要，并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。智能建筑是IT技术向传统建筑产业渗透发展的必然结果。自1984年在美国诞生第一座智能大厦以来，智能建筑的发展在世界范围内一浪高过一浪，从各种特殊功用的高智能大楼，到近几年已经全面向建筑行业的最基本的民用住宅发展，引起了住宅建筑本身智能型、舒适型的革命性变化，还带动了家用电器的操作控制智能化，产生了信息家电产业。国外甚至出现了网络房屋，出现了与虚拟社区相对应的网络社区。智能建筑是社会信息化与经济国际化的产物，是多学科、高新技术的巧妙集成，也是综合经济实力的象征。使用的高新技术有：多功能可视电话、多媒体技术、卫星通讯、计算机国际通讯网络、办公自动化技术、智能保安与环境控制、自动节能技术等。目前，国内智能建筑的产品基本由国外的厂家生产，国内目前还无一家厂商的产品通过国际质量认证。利用纳米技术和纳米材料开发智能建筑所需的技术设备和元器件，建立适应纳米尺度的新的集成方法和新的技术标准。在这一尺度上制造出的计算机的运算和存储能力将比目前微米技术下的计算机性能呈指数倍地提高，这将是对信息产业和建筑领域的一场深刻的革命。同时可以利用纳米技术和纳米材料研制智能混凝土，设计新型智能结构，开发智能检测技术，对建筑物使用的全过程进行动态检测，以掌握结构受力、变形及破坏的规律，更好地研究结构耐久性和安全性的问题。 4 纳米技术在建筑消防中的应用
纳米材料在消防中的应用主要包括两方面的内容：纳米阻燃材料、纳米灭火剂等。现分述如下：
4.1 纳米阻燃材料
作为纳米材料，首先要看它是否在纳米级（一般指1nm～100nm），均匀度怎么样；另一个要看它是否具有纳米材料所具有的特异性能。因此真正的纳米材料必须具备两个条件：一是纳米尺寸，二是至少应该在性能上有突变。例如，作为阻燃剂的三氧化二锑。三氧化二锑作为一种高效阻燃剂已有广泛应用。但由于目前使用的三氧化二锑阻燃材料均为微米级的颗粒，而且分散度大，粒子大小不均匀，这样产品只能涂覆到被保护材料的外表，大大降低了三氧化二锑的阻燃性能。纳米级三氧化二锑阻燃材料由于其粒度的变小具有了特殊的延展性能，在阻燃性能方面比微米级三氧化二锑有了数量级的提高。尤其重要的是由于纳米级三氧化二锑粒子直径小于化纤纤维的直径，有可能加入到化纤原料母粒中，这样纺丝后在化纤中均匀分布阻燃材料，从而使得纤维本身具有高效阻燃性。若一种材料虽然也做成了纳米级，但其性能没有明显突变，就难以称其为纳米材料。
4.2 纳米灭火剂[3]
纳米技术的精髓就是从原子分子的精确操纵出发构建具有全新分子、排列形式的人造结构。换句话说纳米技术希望能够从一个一个原子，一个一个分子的操纵，摆弄一个原子、一个分子，并用这种办法来做成具有特定功能的产品。因此，纳米技术是一种科技水平极高的新的前沿科技领域。目前已有一些报导:将传统的干粉灭火剂制成纳米材料。从干粉灭火剂的灭火原理来讲，灭火效率与干粉颗粒的大小有关。但把干粉做成纳米颗粒，首先必须考虑在纳米尺度范围的干粉其灭火性能是否有明显提高(目前尚无相应的报导)。因为当颗粒达到纳米量级，很多性质发生突变，但具体对灭火性能来讲，该种突变是有利还是不利，无定论。研究几种常用的干粉灭火剂(NaHCO3、KHCO3、NH4H2PO4、KCl)的粒径与灭火效能的关系，发现其灭火效能随其粒径的减小在大约10μm～50μm之内出现了突变，而突变之后，粒径大小对灭火效能影响很小。至于纳米颗粒与灭火效能的关系因缺乏实验数据目前不好下定论。纳米级干粉的第二个问题是制备，就目前纳米技术来讲，纳米材料的制备仍是一大难题。由于普通的干粉灭火剂一般为水溶性的,用普通常用的溶剂法制备比较困难。对灭火剂来讲，属于大量使用的低成本的产品，若在制备方面成本太高，就必须考虑其实用性。
4.3 纳米技术在消防领域的应用前景
笔者认为对目前我国消防科学中的纳米热应有比较冷静的分析，一方面鉴于纳米科技不可质疑的前景，应重视和加强纳米技术在消防工作中的研究，另一方面，应充分考虑到纳米技术的难度及与实际应用的距离，目前应将主攻方向放在应用基础研究方面。 5 纳米技术在燃气行业的应用
纳米技术尤其是纳米材料在燃气行业同样具有广阔的应用前景。简述如下：
5.1 燃气管道防腐[1]
由于电化学腐蚀、化学腐蚀、杂散电流腐蚀及细菌作用引起的腐蚀，我国燃气行业每年在燃气管道金属腐蚀方面的损失相当巨大。目前，燃气钢管的防腐工艺通常采用管道外包扎绝缘层防腐法、电保护法及排流保护等方法。绝缘层防腐法是根据土壤的腐蚀性能决定埋地钢管的防腐绝缘等级，选用石油沥青、聚乙烯防腐胶带、环氧煤沥青、聚乙烯热塑涂层等防腐绝缘材料进行防腐。这种方法操作简单，但绝缘层容易被破坏。电保护防腐法包括外加电源阴极保护法和牺牲阳极阴极保护法，这种方法成本高且施工困难。纳米微粒材料防腐性能良好、熔点低，可以取代目前采用的外包扎绝缘层、电保护及排流保护等防腐措施。它可以通过预组装或在室外原位热喷涂等方法，在设备的表面上形成优质的防腐层。
5.2 纳米天然气能源转换装置
目前，国际上正抓紧进行能量转化材料的研究，包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等的纳米材料。据报道，德国科学家正在设计用纳米材料制作一个高温能源转换装置，通过电化学反应过程，不经燃烧就把天然气转化为电能。燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20%～30%，而且大大减少了二氧化碳的排放量。
5.3 纳米塑料管
目前，在燃气输配过程中最常用的管材是钢和聚乙烯。近十几年来,聚乙烯塑料管(简称PE管，分中密度聚乙烯和高密度聚乙烯两种)作为一种性能优良、经济效益显著、质轻、耐腐蚀的新型材料，同时与金属管道相比具有可挠性好、使用寿命长、施工方便等特点，在燃气行业得到越来越广泛的应用。但由于PE管在紫外线、热、氧化、雨淋等情况下，材料的延伸率、抗冲击强度等物理性能会降低，产生老化现象，因此PE管不能长期受阳光照射，只能埋于地下。此外，PE管的工作压力较低，大多数国家将PE管的最高使用压力定为0.4MPa[4]。纳米材料的问世,为新型增强塑料的合成提供了新的机遇,为传统增强塑料的改性提供了一条新的途径。把分散性好的纳米颗粒均匀地添加到树脂管材中,可以提高塑料的强度和延伸率,提高塑料的耐磨性和改善塑料表面的光洁度,并且可以提高塑料的抗老化性能。
5.4 燃气报警器
传感器是纳米超微粒材料最有前途的应用领域之一。气体传感器是利用金属氧化物随周围环境中气体组成的改变而导致其自身电学性能(如电阻等)发生改变的原理对气体进行检测和定量测量的。纳米材料的比表面积大，则表面与周围气体接触而发生的相互作用越大，从而使得灵敏度越高。因此用纳米材料制成的可燃气体报警器具有灵敏度高、体积小、能耗低等显著优点。早在20世纪80年代松下电器的阿部等人就开发了氧化锡超微粒材料传感器[1]。目前已有用纳米SnO2膜制成的可燃气体报警器，纳米SnO2膜随温度变化能有选择地检测多种气体。陶瓷传感器件的应用也非常广泛，当发生煤气泄漏时，只要有一丁点儿进入报警器中的陶瓷元件，电路的电阻就会发生变化，超过一定的量就会自动报警。火灾警报器的原理也与此类似。由于纳米气敏传感器具有常规传感器不可替代的优点，美国纳米材料研究所(NRC)把发展纳米氧敏传感器列入重要的新型传感器开发中。但至今，超微粒传感器的应用研究还处于起步阶段，要与已有的传感器相竞争，还需要一定的时间。
6 结论
被誉为21世纪最具有发展前景的纳米材料和纳米技术一经问世，便以极快的速度渗透到各个研究领域。就建筑环境与设备领域而言，纳米材料和纳米技术不仅会引发一场建筑材料的革命，而且会在智能建筑、建筑设备设计、建筑施工和检测等方面产生深远的影响。当前，纳米材料和纳米技术的应用开发正处于千载难逢的大好时机，挑战严峻，但也充满了机遇，让我们抓住机遇，使纳米材料和纳米技术在建筑环境与设备领域得到最广泛的应用，给传统的暖通空调业带来巨大的生机和活力。
参考文献
[1] 刘丽珍. 纳米技术及其在燃气行业的应用前景.城市管理与科技,2002(3):36-38
[2] 夏军武,夏大明等. 纳米材料与技术在建筑领域中的应用.工业建筑,2002(12):44-45
[3] 肖进新,刘玉恒.纳米技术与消防又多远.消防科学与技术, 2001(5):41-42
[4] 钱付平,张吉光等.住宅建筑塑料管道的选用.青岛建筑工程学院学报,2002(4):76-80 Application of Nanometer Technology in Building
Environment and Facility By Chen Ming and Hao ying Abstract: Application of nanometer technology in building environment, building intelligentize, building fire protection and gas transportation is introduced, nanometer technology playing an important role in advancing economy development and improving people’s living quality is proposed. In addition, the development direction and application foreground in building environment and facility is predicted.
Keywords: nanometer technology; building environment and facility; application foreground
