通过智能设计，提高建筑和基础设施的能源效率

自第一座智能建筑向公众亮相以来，已经过去了近40年，其承诺了一个高科技的未来——技术、改进的基础设施和日常生活无缝结合。

从那时起，技术突飞猛进，为创新的建筑设计开辟了新的可能性。本文将讨论智能设计如何提高建筑和基础设施的能源效率，并帮助世界实现其净零承诺。

智能建筑

智能建筑通过结合内置技术、非常规材料和创新的设计方法来提升居住者的体验。根据这些元素的使用方式，智能建筑可以改善居住者的健康和安全，实现维护的灵活性，并支持提高能源效率。

近年来，人们不断探索物联网（(IoT)）连接设备、人工智能和新型智能材料等下一代技术，作为传统问题的解决方案，增强新建筑和现有建筑的所谓“智能”能力。

通过使用信息和通信技术(ICT)，连接建筑物的每个部分，实现自动化建筑物操作和控制。这优化了整个建筑的性能。此外，工程师和建筑管理人员可以与智能管理系统进行交互，以做出关键决策。

到目前为止，智能技术渗透率最高的是商业建筑和办公室。但近年来，智能技术在家庭住宅中的应用一直在稳步增长。

通过智能技术提高能源效率

随着智能技术的兴起，人们越来越认识到人类对自然世界的影响。随着温室气体排放影响的证据越来越明显，以及极端天气事件的增加，应对气候变化已成为一项紧迫的挑战。

在英国和美国等国家，传统住房的设计并未考虑到能源效率，国内温室气体排放已成为许多专家讨论的热门话题。仅在英国，17%的二氧化碳排放量是由住宅产生的。

建筑物的碳足迹取决于多种因素。例如，嵌入碳约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这一点。

智能电表和恒温器通常用于监控能源使用情况并降低成本。人工智能和机器学习正在增强当前建筑管理系统的功能。根据智能能源和地理空间数据生成的建筑群3D模型，可以识别建筑物内的问题区域。

智能材料的作用

智能材料被定义为具有多种特性，包括即时性、瞬态性、自驱动性和选择性。能量交换智能材料包括压电材料、热电材料和光伏材料。智能屋顶可以最大限度地减少能源损失。

甚至混凝土本身也可以通过加入地聚合物和回收材料作为集料来提高能源效率。“智能”混凝土具有自愈性和低碳性，可以减少建筑物的隐含碳。

目前，人们非常关注提高各种建筑元素的能源效率，其中屋顶尤其受到建筑师的关注，因为由于热量上升，大量能量通过建筑物的屋顶损失掉。研究人员正在探索绿色屋顶、植被屋顶、花园屋顶和冷屋顶系统。

智能屋顶是一项最新的创新，有望通过改变不同温度下的反射率来显著降低能源消耗。这些材料作为透明片材应用，可以根据需要吸收或反射热量。

利用变色材料提高能源效率

许多其他创新的节能智能材料已经慢慢开始进入市场。今年出现的最有趣的项目之一是使用可以改造现有建筑的“变色龙”变色材料。

这种复合材料由塑料、石墨烯、铜箔和其他材料层组成。其可以根据外部温度改变其红外颜色，同时改变吸收或发射的热量。用作外墙，可以减少对暖通空调设备的需求，并降低总体能耗。

该研究背后的团队表示，将这种先进的智能材料改造到建筑物上可能比传统的隔热材料更方便。然而，某些组件，尤其是单层石墨烯和金，仍然昂贵，这可能意味着这项技术仍有一段路要走。

通过考虑居住者行为设计建筑来减少能量损失

居住者的活动和建筑布局与日常生活中消耗的能源量有很大关系。在设计建筑时考虑到这一点，对于提高能源效率和节省居民成本大有帮助。

使用智能传感器和恒温器来监控哪些房间使用最多，并相应地调整供暖水平在智能建筑设计中非常有用。将产生热量的房间（例如厨房和浴室）布置在较低层，可以被动地将热量向上引导到起居和睡眠区域，以进一步降低成本。

总结

随着世界面临气候危机以及广泛的生活成本危机，能源效率越来越受到建筑行业的关注。未来建筑的设计应考虑智能功能，以减少热损失、能源消耗和成本。

虽然智能建筑仍处于相对起步阶段，但创新技术和智能材料的兴起，以及建筑和基础设施建设的新思维方式，意味着未来的建筑将更加互联、节能、并响应居民的需求。