Будущее прозрачных и прозрачных деревянных архитектурных элементов

Введение: новая глава в области материаловедения в архитектуре

Эволюция архитектурных материалов всегда была историей раздвигания границ. От структурной революции железобетона до тепловой эффективности современного остекления каждое нововведение меняет то, как мы проектируем, строим и испытываем пространство. В последние годы из одного из старейших строительных материалов человечества появился удивительный претендент: дерево. Прозрачные и полупрозрачные деревянные элементы больше не являются лабораторным любопытством; они являются жизнеспособным, устойчивым и потрясающе красивым вариантом для архитекторов и дизайнеров, стремящихся объединить естественное тепло с передовыми характеристиками.

В этой статье рассматриваются наука, преимущества, текущие приложения и будущая траектория этих инженерных изделий из дерева, предлагая всеобъемлющий взгляд на то, как они готовы переопределить прозрачность в архитектуре. [+]

Наука, стоящая за прозрачным деревом

Как дерево становится прозрачным

Естественная непрозрачность древесины происходит от ее клеточной структуры и присутствия лигнина, сложного органического полимера, который рассеивает свет. Чтобы сделать древесину прозрачной, исследователи удаляют или модифицируют лигнин, оставляя после себя пористый каркас целлюлозы. Этот каркас затем наполняется материалом, который имеет показатель преломления, близко соответствующий индексу целлюлозы, такой как эпоксидная смола, полиметилметакрилат (ПММА) или специализированный полимер. Результатом является композитный материал, который позволяет свету проходить, сохраняя при этом зерно и текстуру оригинальной древесины.

Существует два основных подхода: сверху вниз делигнификации , где лигнин химически удаляется, и снизу вверх синтез , где целлюлозные нановолокна собираются. Первый более распространен для архитектурных масштабов применения, так как он сохраняет естественную структуру сот и механическую целостность древесины.

Прозрачный vs. прозрачный

Важно различать полупрозрачную и прозрачную древесину. Прозрачная древесина обеспечивает высокую пропускаемость света (часто более 80%) и позволяет просматривать чёткие изображения через неё. Прозрачная древесина рассеивает свет, обеспечивая освещение без четкого видения — идеально подходит для конфиденциальности, при этом допускает естественный свет. Обе формы имеют различные архитектурные применения, от несущих стеклянных альтернатив диффузорам окружающего света.

Степень прозрачности можно настроить путем регулирования процесса удаления лигнина, типа инфильтрационного полимера и толщины образца древесины.Исследователи продемонстрировали, что шпоны толщиной до 0,5 мм могут быть сделаны высокопрозрачными, в то время как более толстые панели (до 10 мм) остаются полупрозрачными, предлагая компромисс между механической прочностью и оптической четкостью.

Основные преимущества прозрачной и прозрачной древесины

Устойчивость, коренящаяся в возобновляемых ресурсах

В отличие от стекла, которое требует высокотемпературной обработки и невозобновляемого сырья, прозрачная древесина начинается с быстрорастущих, возобновляемых видов деревьев, таких как бальза, тополь или сосна. Производственный процесс может быть оптимизирован для использования меньше энергии, чем производство стекла, а сама древесина секвестрирует углерод. В сочетании с полимерами на био-основе для инфузии экологический след становится еще меньше. Оценки жизненного цикла предполагают, что прозрачные деревянные панели могут иметь до 60% ниже воплощенной энергии, чем эквивалентные стеклянные панели.

Исключительные тепловые и механические свойства

Древесина, естественно, является плохим проводником тепла, что дает прозрачной древесине преимущество в изоляции над стеклом. Прозрачные деревянные панели могут достигать теплопроводности до 0,1 Вт / м·К по сравнению с 0,8-1,0 Вт / м·К для стандартного остекления. Это делает их отличными кандидатами на энергоэффективные фасады и окна. Механически, целлюлозный каркас обеспечивает высокую прочность на растяжение и ударопрочность - часто превосходя стекло - в то время как настой полимера добавляет жесткость и стабильность размеров.

Светодиффузия и визуальный комфорт

Ключевым архитектурным преимуществом полупрозрачной древесины является ее способность равномерно распространять свет, уменьшая блики и резкие тени. Вместо резкого прямого луча солнечного света, полупрозрачная древесина создает мягкое, теплое свечение, которое имитирует эффект клересторана, обращенного на север. Это качество повышает визуальный комфорт в внутренних помещениях и снижает зависимость от искусственного освещения, способствуя общей экономии энергии.

Эстетическая уникальность

Нет двух кусков прозрачной древесины, которые выглядят точно так же. Естественные зерна, кольца роста и тонкие цветовые вариации создают динамическую поверхность, которая взаимодействует с изменяющимся светом в течение дня. Этот органический характер отличает его от однородного, холодного внешнего вида стекла или акрила. Дизайнеры могут выбирать из различных пород древесины, каждый из которых придает различный оттенок и текстуру - от глубоких янтарных тонов вишни до бледного, эфирного вида тополя.

Текущие приложения в архитектуре и дизайне

Внутренние разделы и экраны

Прозрачная и полупрозрачная древесина уже проникает в коммерческие и жилые интерьеры. Стены раздела , изготовленные из полупрозрачных деревянных панелей, позволяют естественному свету фильтроваться между комнатами, сохраняя при этом визуальную конфиденциальность. Офисы открытой планировки используют их для зонирования пространств без блокировки дневного света, а высококлассные отели включают их в качестве декоративных экранов, которые удваиваются как светильники. Недавние установки таких фирм, как Snøhetta и MVRDV, продемонстрировали потенциал материала в создании безмятежной, светящейся среды.

Декоративная кладка и мебель

Тонкие виниры из прозрачной древесины применяются в качестве облицовки по существующим поверхностям, превращая обычные стены в освещенные произведения искусства. При подсветке светодиодами зерновые узоры появляются с поразительной ясностью. Дизайнеры мебели также экспериментируют - столы, шкафы и стеллажи, которые, кажется, светятся изнутри, размывают линию между структурой и скульптурой. Материал может быть согнут или сформирован во время стадии инфузии смолы, что позволяет создавать органические кривые и эргономичные формы.

Световые фонари и навесы

Одно из наиболее перспективных применений — в небесных фонарях и навесных навесах. Прозрачные деревянные панели могут заменить стекло в кровельных фонарях, обеспечивая мягкий, диффузный дневной свет при снижении теплоприема. Прототипы были протестированы в небольших павильонах и садовых конструкциях, демонстрируя долговечность против влажности и ультрафиолетового воздействия. Исследователи из Университета Мэриленда и Королевского технологического института KTH разработали широкоформатные панели, которые отвечают требованиям строительного кодекса для ветровых и снежных нагрузок.

Прозрачность при подаче груза

Решающий этап был достигнут, когда инженеры создали прозрачную древесину с достаточной прочностью, чтобы служить в качестве конструктивного элемента. Ламинированные прозрачные деревянные балки могут поддерживать значительные нагрузки, позволяя свету проходить. Ранние пользователи используют их для лестничных протекторов, настила мостов и даже небольших фасадов. Хотя они все еще дороги, эти компоненты предлагают представление о будущем, где несущие стены могут быть светящимися и прозрачными.

Проблемы и текущие исследования

Долговечность и устойчивость к погоде

В настоящее время большинство прозрачной древесины предназначено для внутреннего использования, поскольку длительное воздействие солнечного света, влаги и экстремальных температур может ухудшить полимерную матрицу и вызвать обесцвечивание. Исследователи активно разрабатывают УФ-стабилизированные полимеры и гидрофобные покрытия для продления срока службы материала на открытом воздухе. Ранние результаты показывают улучшенную устойчивость, но полевые испытания по-прежнему необходимы для обеспечения производительности в течение десятилетий.

Масштабируемость и стоимость

Прозрачная древесина остается нишевым продуктом, при этом затраты на производство значительно выше, чем у обычного стекла или акрила. Процесс делигнификации занимает много времени, а инфузия полимера требует точного контроля. Однако инновации в производстве , такие как непрерывная обработка рулона к рулону и автоматическое отверждение смолы, снижают затраты. Пилотные заводы в Европе и Азии уже производят панели площадью до 1 метра, с прицелом на массовое производство в течение пяти лет.