通過智能設計，提高建筑和基礎設施的能源效率

通過智能設計，提高建筑和基礎設施的能源效率

自第一座智能建筑向公眾亮相以來，已經(jīng)過去了近40年，其承諾了一個高科技的未來——技術、改進的基礎設施和日常生活無縫結合。

從那時起，技術突飛猛進，為創(chuàng)新的建筑設計開辟了新的可能性。本文將討論智能設計如何提高建筑和基礎設施的能源效率，并幫助世界實現(xiàn)其凈零承諾。

智能建筑

智能建筑通過結合內(nèi)置技術、非常規(guī)材料和創(chuàng)新的設計方法來提升居住者的體驗。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，實現(xiàn)維護的靈活性，并支持提高能源效率。

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

通過使用信息和通信技術(ICT)，連接建筑物的每個部分，實現(xiàn)自動化建筑物操作和控制。這優(yōu)化了整個建筑的性能。此外，工程師和建筑管理人員可以與智能管理系統(tǒng)進行交互，以做出關鍵決策。

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

通過智能技術提高能源效率

隨著智能技術的興起，人們越來越認識到人類對自然世界的影響。隨著溫室氣體排放影響的證據(jù)越來越明顯，以及極端天氣事件的增加，應對氣候變化已成為一項緊迫的挑戰(zhàn)。

在英國和美國等國家，傳統(tǒng)住房的設計并未考慮到能源效率，國內(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，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。

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。人工智能和機器學習正在增強當前建筑管理系統(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，可以識別建筑物內(nèi)的問題區(qū)域。

智能材料的作用

智能材料被定義為具有多種特性，包括即時性、瞬態(tài)性、自驅動性和選擇性。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加入地聚合物和回收材料作為集料來提高能源效率?！爸悄堋被炷辆哂凶杂院偷吞夹裕梢詼p少建筑物的隱含碳。

目前，人們非常關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注，因為由于熱量上升，大量能量通過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)。

智能屋頂是一項最新的創(chuàng)新，有望通過改變不同溫度下的反射率來顯著降低能源消耗。這些材料作為透明片材應用，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)慢慢開始進入市場。今年出現(xiàn)的最有趣的項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，同時改變吸收或發(fā)射的熱量。用作外墻，可以減少對暖通空調(diào)設備的需求，并降低總體能耗。

該研究背后的團隊表示，將這種先進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，這可能意味著這項技術仍有一段路要走。

通過考慮居住者行為設計建筑來減少能量損失

居住者的活動和建筑布局與日常生活中消耗的能源量有很大關系。在設計建筑時考慮到這一點，對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監(jiān)控哪些房間使用最多，并相應地調(diào)整供暖水平在智能建筑設計中非常有用。將產(chǎn)生熱量的房間（例如廚房和浴室）布置在較低層，可以被動地將熱量向上引導到起居和睡眠區(qū)域，以進一步降低成本。

總結

隨著世界面臨氣候危機以及廣泛的生活成本危機，能源效率越來越受到建筑行業(yè)的關注。未來建筑的設計應考慮智能功能，以減少熱損失、能源消耗和成本。

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

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