通過(guò)智能設(shè)計(jì)，提高建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的能源效率

通過(guò)智能設(shè)計(jì)，提高建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的能源效率

自第一座智能建筑向公眾亮相以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了近40年，其承諾了一個(gè)高科技的未來(lái)——技術(shù)、改進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施和日常生活無(wú)縫結(jié)合。

從那時(shí)起，技術(shù)突飛猛進(jìn)，為創(chuàng)新的建筑設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的可能性。本文將討論智能設(shè)計(jì)如何提高建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的能源效率，并幫助世界實(shí)現(xiàn)其凈零承諾。

智能建筑

智能建筑通過(guò)結(jié)合內(nèi)置技術(shù)、非常規(guī)材料和創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法來(lái)提升居住者的體驗(yàn)。根據(jù)這些元素的使用方式，智能建筑可以改善居住者的健康和安全，實(shí)現(xiàn)維護(hù)的靈活性，并支持提高能源效率。

近年來(lái)，人們不斷探索物聯(lián)網(wǎng)（(IoT)）連接設(shè)備、人工智能和新型智能材料等下一代技術(shù)，作為傳統(tǒng)問(wèn)題的解決方案，增強(qiáng)新建筑和現(xiàn)有建筑的所謂“智能”能力。

通過(guò)使用信息和通信技術(shù)(ICT)，連接建筑物的每個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建筑物操作和控制。這優(yōu)化了整個(gè)建筑的性能。此外，工程師和建筑管理人員可以與智能管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，以做出關(guān)鍵決策。

到目前為止，智能技術(shù)滲透率最高的是商業(yè)建筑和辦公室。但近年來(lái)，智能技術(shù)在家庭住宅中的應(yīng)用一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

通過(guò)智能技術(shù)提高能源效率

隨著智能技術(shù)的興起，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到人類對(duì)自然世界的影響。隨著溫室氣體排放影響的證據(jù)越來(lái)越明顯，以及極端天氣事件的增加，應(yīng)對(duì)氣候變化已成為一項(xiàng)緊迫的挑戰(zhàn)。

在英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家，傳統(tǒng)住房的設(shè)計(jì)并未考慮到能源效率，國(guó)內(nèi)溫室氣體排放已成為許多專家討論的熱門話題。僅在英國(guó)，17%的二氧化碳排放量是由住宅產(chǎn)生的。

建筑物的碳足跡取決于多種因素。例如，嵌入碳約占生命周期排放量的50%，而使用化石燃料供暖是大量家庭排放的原因，尤其是在冬季。此外，不可再生能源也促成了這一點(diǎn)。

智能電表和恒溫器通常用于監(jiān)控能源使用情況并降低成本。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)正在增強(qiáng)當(dāng)前建筑管理系統(tǒng)的功能。根據(jù)智能能源和地理空間數(shù)據(jù)生成的建筑群3D模型，可以識(shí)別建筑物內(nèi)的問(wèn)題區(qū)域。

智能材料的作用

智能材料被定義為具有多種特性，包括即時(shí)性、瞬態(tài)性、自驅(qū)動(dòng)性和選擇性。能量交換智能材料包括壓電材料、熱電材料和光伏材料。智能屋頂可以最大限度地減少能源損失。

甚至混凝土本身也可以通過(guò)加入地聚合物和回收材料作為集料來(lái)提高能源效率。“智能”混凝土具有自愈性和低碳性，可以減少建筑物的隱含碳。

目前，人們非常關(guān)注提高各種建筑元素的能源效率，其中屋頂尤其受到建筑師的關(guān)注，因?yàn)橛捎跓崃可仙?，大量能量通過(guò)建筑物的屋頂損失掉。研究人員正在探索綠色屋頂、植被屋頂、花園屋頂和冷屋頂系統(tǒng)。

智能屋頂是一項(xiàng)最新的創(chuàng)新，有望通過(guò)改變不同溫度下的反射率來(lái)顯著降低能源消耗。這些材料作為透明片材應(yīng)用，可以根據(jù)需要吸收或反射熱量。

利用變色材料提高能源效率

許多其他創(chuàng)新的節(jié)能智能材料已經(jīng)慢慢開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。今年出現(xiàn)的最有趣的項(xiàng)目之一是使用可以改造現(xiàn)有建筑的“變色龍”變色材料。

這種復(fù)合材料由塑料、石墨烯、銅箔和其他材料層組成。其可以根據(jù)外部溫度改變其紅外顏色，同時(shí)改變吸收或發(fā)射的熱量。用作外墻，可以減少對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備的需求，并降低總體能耗。

該研究背后的團(tuán)隊(duì)表示，將這種先進(jìn)的智能材料改造到建筑物上可能比傳統(tǒng)的隔熱材料更方便。然而，某些組件，尤其是單層石墨烯和金，仍然昂貴，這可能意味著這項(xiàng)技術(shù)仍有一段路要走。

通過(guò)考慮居住者行為設(shè)計(jì)建筑來(lái)減少能量損失

居住者的活動(dòng)和建筑布局與日常生活中消耗的能源量有很大關(guān)系。在設(shè)計(jì)建筑時(shí)考慮到這一點(diǎn)，對(duì)于提高能源效率和節(jié)省居民成本大有幫助。

使用智能傳感器和恒溫器來(lái)監(jiān)控哪些房間使用最多，并相應(yīng)地調(diào)整供暖水平在智能建筑設(shè)計(jì)中非常有用。將產(chǎn)生熱量的房間（例如廚房和浴室）布置在較低層，可以被動(dòng)地將熱量向上引導(dǎo)到起居和睡眠區(qū)域，以進(jìn)一步降低成本。

總結(jié)

隨著世界面臨氣候危機(jī)以及廣泛的生活成本危機(jī)，能源效率越來(lái)越受到建筑行業(yè)的關(guān)注。未來(lái)建筑的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮智能功能，以減少熱損失、能源消耗和成本。

雖然智能建筑仍處于相對(duì)起步階段，但創(chuàng)新技術(shù)和智能材料的興起，以及建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新思維方式，意味著未來(lái)的建筑將更加互聯(lián)、節(jié)能、并響應(yīng)居民的需求。

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