挑战杯比赛作品智慧城市绿色智能都市村庄改造.docx
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挑战杯比赛作品智慧城市绿色智能都市村庄改造
智慧城市——“都市村庄”绿色智能改造
学校:
太原科技大学
参赛类别:
研究论文
学院:
艺术学院
作者:
曹麟
指导教师:
陈启新
内容摘要
“都市村庄”是中国快速城市化进程中的特殊产物,“都市村庄”通俗的说就是城中村。
“都市村庄”问题是普遍存在于城市中的问题,正确处理好“都市村庄”问题,不但能促进大城市的进一步发展,而且可以避免那些还没有出现“都市村庄”问题的城市重蹈覆辙。
本文围绕“智慧城市”主题,以绿色科技及智慧科技为依托进行规划设计,将光伏幕墙、地源热泵等绿色能源科技应用在“都市村庄”的建筑设计以及小区的设施规划上,实现设计师具有未来感的小区建筑设计,并最大限度的利用可再生能源(光能、陆地浅层能源、水能)自行为小区住户解决用电、制冷供暖以及水循环回收等问题,降低小区整体不可再生能源消耗。
将智能管家、智能物业等资讯科技运用到“都市村庄”中,实现智慧式管理和运行,方便住户的日常生活应用管理,加强小区内部安全等级,以及信息的整合处理。
打造绿色节能智能化现代化的小区,改变“都市村庄”在人们心中的固有形象,解决存在问题,保留乡村人群的习俗习惯。
关键词:
都市村庄绿色节能智能地源热泵光伏
Abstract
"VillageswithinCities"isthespecialproductsofChina'srapidurbanizationprocess,"VillageswithinCities"ispopularsayingurbanvillages.Duetotheproblemof"VillageswithinCities"iscommonproblemofcitydevelopment,thuscorrectlyandproperlyhandletheproblemof"VillageswithinCities",notonlycanpromotethefurtherdevelopmentofbigcities,butalsocanavoidthosewhohasn'tseentheproblemof"VillageswithinCities"cityagain.
Aroundthethemeof"smartcity",togreentechnologyandintelligencetechnologyasthebasisforplanninganddesign,willbephotovoltaiccurtainwall,groundsourceheatpumpandothergreenenergytechnologyapplicationinthearchitecturaldesignofthe"VillageswithinCities"andresidentialfacilitiesplanning,thedesignerswithasenseofthefutureresidentialbuildingdesign,andtomaximizetheuserenewableenergy(solarenergy,shallowlandlayerenergy,hydroenergy)onitsownforcommunityresidentstosolveelectricity,heatingandcoolingandcirculatingwaterrecyclingandotherissues,reduceoverallresidentialconsumptionofnonrenewableenergy.Willintelligenthousekeeper,intellectualpropertyandotherinformationtechnologyappliedto"VillageswithinCities",realizethewisdomofmanagementandoperation,convenientfortheresidentsofdailylifemanagement,strengthensafetywithinthecelllevel,andtheintegrationofinformationprocessing.Tocreateagreenenergysavingintelligentmoderndistrict,changetheinherentimageofthecityvillageinpeople'sminds,tosolvetheproblemandretainthecustomsofruralpeople.
Keyword:
CityVillageGreenEnergyconservationIntelligentGSHP
Photovoltaic
1前言
1.1“都市村庄”现状
改革开放的20多年中,城市化的进程加速发展,我国的城市数目从1978年的320个发展到的662个。
在城市化过程中,由于城市化速度快速推进,需要通过征收周边农村的耕地获得扩展的空间,征地后返还给农民的以居住作用为主的社区,就是“都市村庄”(城中村)。
由于管理不当“都市村庄”往往会存在诸多问题,例如:
人口杂乱,社区内脏、乱、差,基础设施不完善,有各种安全隐患,非法转租倒卖,管理混乱等。
以及一些农村文化的丢失,例如串门文化等。
这一系列的问题严重影响到了城市整体功能的发挥,以及“都市村庄”在人们心中的形象。
所以对于“都市村庄”的合理改造显得尤为重要。
1.2“都市村庄”绿色智能改造的研究意义
随着社会以及科技的发展,绿色科技、智能系统、可持续发展策略等越来越成为当今社会发展的主流,将新型的科技手段应用于“都市村庄”的改造,让绿色科技与村庄向碰撞,彻底颠覆“都市村庄”群体固有形象,成为新型社区智慧城市的代表,也让村民有一种健康,科学,绿色,时尚的生活方式。
1.3“都市村庄”绿色智能改造的研究内容
新型“都市村庄”是从水、光能、陆地浅层能源出发,对社区内部建筑以及公共设施进行设计改造,实现能源的充分有效利用,实现可持续发展的目的。
在建筑墙面大面积使用光伏幕墙,在建筑顶部使用浓缩光伏,极大限度的利用空间资源将光能转化成电能,一方面光伏产生的电能可供小区住户使用,多余电量可并入国家电网,另一方面大面积的光伏幕墙又给设计师更大的发挥空间,设计出更加前卫的作品。
小区内设置地源热泵系统,利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换供暖制冷。
而路面铺设的微孔陶瓷过滤砖又起到了雨水回收过滤的功能,与地下铺设的水循环系统相结合,一方面可以输入到住户家里作为生活用水如冲马桶、拖地等。
其次还可以作为小区景观花草树木浇灌用水最后还可以输送至楼顶作为光伏板冷却用水。
同时应用智能化系统,在室内将各个与家居相关的智能系统有机地结合在一起,通过互联网、物联网综合智能控制和管理,实现“以人为本”的全新家居生活体验。
在室外应用智能物业系统,将在一定地域范围内(主要是指住宅小区)的管理功能,进行智能化配置,资源共享,形成同一系统管理,提供安全、舒适、便捷、可持续发展的生活环境,以解决“都市村庄”管理混乱,农村人员城市化的不适应,以及各种安全隐患。
最终实现室内(智能管家)室外(智能物业)的“双智能化”,方便社区入住群体的生活,解决“都市村庄”缺乏管理以及存在各种安全隐患等问题。
对于社区建筑结构进行特殊设计,以及周边基础设施的合理配置,尽可能解决乡村居民原有生活习惯的保留问题。
2“都市村庄”智能化
2.1智能家居系统
——人性需求与智慧系统、绿色技术与艺术的完美结合
2.1.1社会形式分析
4月30日,第八届中国城市化国际峰会在京举行,主题为“新型城镇化与土地利用”。
中国国际城市化发展战略研究委员会副主任胡存智,作了题为“落实节约优先战略,推动紧凑型城市的构建和绿色发展”的主题报告,提出要制定科学的规划,对传统城市建造方式实行限制,制定用地扶持政策,坚持资源约束条件,推动建立新型城市建造模式。
他指出,传统城市开发建设中存在的问题亟待解决。
脱离实际、贪大求洋的建设方式严重浪费建筑空间和土地资源;传统城市建造模式和用地方式耗能费地,导致严重的“城市病”,侵占优质耕地,冲击耕保红线,危及生态安全。
探索城镇节地建设发展新模式,应以密度较高、功能混合和交通导向的集约紧凑型开发模式为主导,其中轨道交通导向型城市综合土地综合开发模式优势明显。
因此,在城市化进程中,都市村庄的绿色智能化改造是至观重要的。
随着社会经济的持续发展、人民生活品味的不断提高,家庭住宅观念发生了巨大的变化,发达的通讯和便利的交通,大大地推前人类社会发展进程。
人们工作节奏加快、身心压力越来越大,自然会对生息于其中的“家”的安全、舒适、高效、便利、节能、环保等方面寄予更高的要求,而智能建筑技术的快速发展则提供了这种可能,智能家居“应运而生”。
现代家庭住宅不再是一个纯物理空间,她是一幅美丽的画卷,而“家庭智能化”则是画龙点睛之笔,无疑闪耀着人性智慧和科技的光芒。
是智能技术与建筑艺术的完美的统一体。
完善的智能家居系统应是集现代装饰、智能照明、电器控制、(包括本地控制、网络控制、手机控制、掌上电脑控制)、安防、节能于一身,科学与艺术的结合,视听与与影的交汇,创造各种舒适、优雅的环境,以加强室内空间效果的气氛。
让人们的美感、自由感、控制感、成功感等天性得到了极大的释放;总之,智能家居满足了人们对美好物质生活与精神境界的双重追求。
同时,智能家居系统要切实考虑的主要是:
系统的稳定性、系统的安全性、功能的实用性、外观的高度艺术和操作的人性化、后期的维护和扩展。
2.1.3智能家居简介
智能家居,就是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、自动控制技术安全防范技术、医疗电子技术依照人体工程学原理,同时融合个性需求及艺术表现,将各个与家居相关的智能系统有机地结合在一起,通过互联网、物联网综合智能控制和管理,实现“以人为本”的全新家居生活体验。
智能家居控制系统是智能家居核心,是智能家居控制功能实现的基础。
主要系统为,智能家居(中央)控制管理系统、家居布线系统、家庭网络系统、安防系统、电器控制系统、远程控制系统、环境监控系统等七大系统。
(1)本设计包含的系统为:
智能隔断(墙体、软隔断)、家具智能变形、空调循环水清洗系统(智能冷凝器胶球在线清洗装置设备)、电器控制系统(灯光、空调、电动窗帘、家庭影院)、安防系统(系智能门锁、视频监视)、智能感应系统、环境监控系统(亮度、温湿度、CO2浓度)、集中控制和远程控制等。
并且,以上所有系统都不是独立的,而是和其他系统相互联系,融合为一个统一的相互响应,做到真正意义上的智能。
图1
A.智能隔断(墙体、软隔断):
本设计主要有可智能移动隔断墙体、智能调光玻璃隔断、智能卷帘隔断。
①智能移动墙体系统,通过借鉴汽车制造的方法,经计算机辅助设计,工业化精密加工,不断优化性能。
他受智能家居系统中集中控制系统及感应系统控制,由人发出指令,墙体滑轮区打开使墙体滑到指定位置后,滑轮区关闭,墙体自动固定。
隔墙用于室内空间分隔,满足防火、抗震、抗侧撞、抗划伤、耐污、隔音、保温、防菌、挂重等物理性能要求;在安全性、稳固性、隔音性、实用性等各方面性能,大大超过屏风、滑轨移动隔断类及传统泥砖墙和石膏板墙。
②智能调光玻璃隔断,是透明玻璃和磨砂玻璃两者优劣势的互补,同时满足良好的采光性、通透性和隐私性,通过声音系统控制通电就可以实现空间的采光、通透性和隐私问题。
智能调光玻璃隔断的构造不同于普通玻璃的地方在面板,其结构一般约五层,两层玻璃加两层复合胶然后最中间是液晶膜(调光膜)组成,使用PVC应置于高压釜里经过高温高压后胶合成型,使用EVA使用一步法烤箱高温成型。
对于PVC和EVA的选择,视成本和使用环境而定,一般室外和高安全要求的调光玻璃要使用PVC产品,是否透明是通过电来控制。
其面板可实现多种颜色,装饰搭配性强,隔音效果良好,但价格及透明度上不是很理想,还需要进一步探索。
③智能卷帘隔断,通过声音控制系统的指令通电,卷帘会展开变硬成为一面隔断,卷帘内部有金属构件通电后自动组合成一根很硬的金属条成为卷帘的骨架。
其具有很强装饰性,可营造舒适氛围。
B.家具智能变形:
外表和普通柜子类似,但柜子里面另有奇观。
里面有一张床、一个餐桌、一组厨具和厨房空间、一个衣柜还有一个多功能的储存空间;所有柜子的柜门外观与传统柜门一样,不同的是,它可自动由上而下反转下来变成一个床,都能够通过手势、触控和语音来控制,其中的每一个部件都能“召之即来”,不需要手动去搬动。
柜子等家具的随意变形使室内每个空间的功能相互转化、功能增多。
C.空调循环水清洗系统:
①及智能冷凝器胶球在线清洗装置设备,应用PES技术全物理方式全自动在线清洗冷凝器管道,杜绝产生电能浪费的管壁上水垢污垢的形成,提高冷凝器热交换效率,减少电能浪费,达到节能的目的;并且采用全物理方式,既避免了常规化学清洗方法使用化学药品对冷凝器管道的腐蚀,保护了空调设备,还减少了用户的系统维护费用并延长了空调系统的使用寿命。
图2
②工作原理,冷凝器胶球自动在线清洗装置采用100%纯物理方法,利用系统自带水泵加压,将清洗胶球从注球器发送到冷凝器中,依靠水流产生的冲刷力和胶球与换热管内壁产生的摩擦力擦洗掉换热管内壁的水垢、污垢以及微生物膜。
在冷却水出口端通过回球器利用水流力学原理将球回收至注球器,从而完成一次清洗循环。
PES智能可编程序控制器可设置清洗频率和时间,以及随空调主机的开启自动运行功能,实现全自动在线清洗。
始终保持冷凝管内壁洁净,从而提高了冷凝器的热交换效率,降低能耗,提高能效,节省能源。
③系统构成,主部件:
注球器、回球器、球体分离器、PES智能可编程控制器等组合而成的成套设备系统。
注球器:
利用系统自带水流力学原理,将小球从注球器注入冷却水管,注球器带的可视窗口,可观察球体状态。
回球器:
利用水流力学原理,将小球收回到球体分离器。
球体分离器:
利用水流力学原理,使小球返回到注球器。
PES智能可编程控制柜:
该系统利用程序控制整个清洗过程,真正实现的全自动控制,无需人工操作,有必要时可以人工操作。
④优点,集成光机电一体化技术,效能显着;微电脑控制整个PES系统自动运行,无需人员介入;空调主机正常运转,系统适时在线清洗;性能稳定可靠,保养简单,系统安装方便,无需改变现有的管道设计;保持热交换器的制冷量处于设计要求;防止空调压缩机超负荷磨损,保证使用寿命。
D.电器控制系统:
传统电器以个体形式存在,而智能电器控制系统,是把所有能控制的电器组成一个管理系统,比如热水器、空调、地暖、车库门、地源热泵主机、新风系统等;除了可以实现本地及异地红外家电的万能遥控外,还可以用遥控、场景、定时、电话及互联网远程、电脑等多种控制方式实现电器的智能管理与智能家居控制系统。
其中所有电器都由智能感应系统来辅助。
图3
以上为电器控制系统分类中的部分,下面部分举例说明。
A.智能照明系统:
实现对全宅灯光的智能管理,可以用声音控制系统等多种智能控制方式实现对全宅灯光的声控开关,调光,(区域)全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现;并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现智能家居功能,从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。
B.电动窗帘系统:
对家里的窗帘进行智能控制与管理,可以用声控、定时等多种智能控制方式实现对全宅窗帘的开关、停止等控制,以及一键式场景效果的实现。
用户无需再为每天开关窗帘而心烦,配合事件管理模块,电动窗帘每天自动定时开关。
C.背景音乐系统:
智能影院中心内置功放、MP3和FM调频立体声收音机功能,每个房间都可以独立听音乐、切换音源、自由开关、调节音量大小而互不干扰;立体声音源输入接口,电脑、CD、VCD、DVD、MP3、FM(调频收音)等均可作为音源输入。
D.智能感应系统:
智能感应系统对于用户来说,非常简单实用,一般在门厅、过道、楼梯口及卫生间处设计,当傍晚时,人经过这些地方灯光会自动打开,具体的感应时间及灯光亮多久根据系统可以人性化的调节。
人通过说话发出指令时家居会灵敏的做出反应。
同时智能感应系统更多的是配合家里其他系统进行运作,其在整个系统中相当重要。
E.如图,智能安防系统(系智能门锁、视频监视):
家庭安防系统有,视频监控、对讲系统、门禁一卡通、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外双鉴探测报警等。
比如报警功能,当有警情发生时,能自动拨打相关点电话及主人电话,并联动相关电器做报警处理。
图4
F.布线系统,对于一个智能住宅要有一个能支持语音/数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统,这个系统也就是智能化住宅布线系统。
布线系统,通过一个总管理箱将电话线、有线电视线、宽带网络线、音响线等被称为弱电的各种线统一规划在一个有序的状态下,以统一管理居室内的电话、传真、电脑、电视、影碟机、安防监控设备和其他的网络信息家电,使之功能更强大、使用更方便、维护更容易、更易扩展新用途.实现电话分机,局域网组建,有线电视共享等。
H.环境监控(亮度、温湿度、CO2浓度):
环境监测系统是通过安装在家中的探测器实时对家中的温度、湿度、亮度进行监测,通过墙上的多功能开关可以显示,并且可以设置驱动各种智能化设备,如打开灯光、地暖、除湿机等。
空气调节不用整日去开窗(有的卫生间是密闭的),可定时为您更换经过过滤的新鲜空气(外面的空气经过过滤进来,同时将屋内的浊气排除)。
I.集中控制和远程控制:
主人可以实现用电话或电脑远程控制整个智能别墅系统以及实现安防系统的自动电话报警功能,无论在哪里,只要一个电话就可以随时实现对别墅内所有灯及各种电器的远程控制,离家时,忘记关灯或电器,打个电话就可实现家所有电器全开或关,若家里发生入室盗窃等各种险情,安防系统自动拨打预设的电话号码。
①集中控制,在进门的玄关处就同时打开客厅,餐厅和厨房的灯光,厨宝等电器,尤其是在夜晚可以在卧室控制客厅和卫生间的灯光电器,既方便又安全,还可以查询他们的工作状态。
②远程网络控制,在公私或在外地,只要是有网络的地方,都可以通过Internet来登陆到家中,在网络世界中通过一个固定的智能家居控制界面来控制家中的电器,提供一个免费动态域名。
主要用于远程网络控制和电器工作状态信息查询,例如您出差在外地,利用外地网络计算机,登陆相关的IP地址,就可以控制远在千里之外家的灯光,电器,在返回住宅上飞机之前,将家中的空调或是热水器打开等。
③远程监控功能,视频监控功能在任何时间、任何地点直接透过局域网络或宽带网络,使用浏览器,进行远程影像监控,语音通话。
另外还支持远程PC机、本地SD卡存储,移动侦测邮件传输、FTP传输,对于家庭用远程影音拍摄与拍照更可达成专业的安全防护与乐趣。
图5
2.2智能物业系统
——为物业管理换上智能外装,带给业主全方位贴心服务
智能物业系统,就是将在一定地域范围内(主要是指住宅小区)的管理功能,进行智能化配置,资源共享,形成同一系统管理,提供安全、舒适、便捷、可持续发展的生活环境,以解决“都市村庄”管理混乱,农村人员城市化的不适应,以及各种安全隐患。
智能物业由采用了高度的自动化装备和先进的信息通信与处理器设备,能全面获取物业的环境、人流、业务、财务及设备运行状况等信息,有更加高效便捷的服务手段,所以在管理上更科学规范、优质高效。
可以把智能化物业管理看成是在传统物业管理服务内容上的提升。
图6
①智能监控
智能监控系统是以智能红外监控摄像头为主体,以智能信息数据处理器对摄像头摄像头拍摄的画面信息进行分析处理,还有高效视频巡检服务器对分析画面的程序进行检测运算,再搭配一体化智能监控节点服务器,形成一套完整的智能监控系统。
可随意用移动的红外摄像头对小区进行无死角监控,监控范围致限于公共空间,不侵犯业主隐私。
监控画面与对画面分析出的信息可以通过网络传输到业主的手机,电脑,电视机上,让业主能随时查看。
②智能安保
智能安保系统基于智能监控系统之上,智能监控与人力对监控拍摄分析出的有嫌疑的特殊画面,会做出正确的判断并及时发送短信给业主提醒,保安也会迅速赶往现场检查。
而且还在每个户型的窗户和门安置防盗探测器,当非正规操作开启时,就会触动防盗探测器对业主进行短信提醒。
③小区公共设施监管操控与消防
将小区内所有的公共电器设施,如电梯、电线、电箱、门禁摄像头等设施,装上相应的监测工具,如烟感探测器、红外探测器、温度探测器、燃气探测器、湿度探测器等,配合智能监控观察设施外部明烟、明火、明水等,并将各个探测器探测到的设施内部变化的信息无线传输到物业总控台。
物业可以及时前往修理或抢救。
如有明火和高温各个设施旁的自动灭火设施和降温设施会开启运行。
④三公里服务圈
智能物业会将小区内外三公里以内的所有商户联系起来,将小区周边商铺的活动信息、打折信息、商品信息公布在智能物业的客户端上,还有小区周边菜市场的每日粮、油、菜价的信息也会在客户端上公布。
此服务方便业主生活,打造“三公里周边生活圈”。
⑤水、电、天然气、网、话费查询缴纳
小区业主家中的水、电、天然气表联网,通过数据传输器将用量信息发到智能物业客户端上,并设置缴费功能,业主可以查询缴费,同时也可以查询缴纳网费,话费和物业费。
此功能可省去上门查表人员,方便业主查费缴费。
⑥小区邻里交流平台
为了增加邻里关系,促进邻里情。
智能物业客户端上的邻里交流平台,可以让业主分享家中趣事,也可以发布活动号召和求助。
使小区业主和谐生活。
⑦小区物业信息
智能物业客户端上会公布小区物业信息,方便业主及时得知。
客户端上也会更新公布都市新闻,交通信息和天气预报,全面方便业主生活。
3、智能物业系统将安全防范、智能管家、生活信息、物业管理、移动查询、便民终端无缝整合至统一平台,方便物业高效的工作管理。
创新的物业服务模式,打破传统的物业运行模式,开创物业多元化的新时代,为业主有一种方便智能的生活方式,为“都市村庄”增添科技色彩,让“都市村庄”甩掉原有脏乱差的面貌,以科技智能新社区的形象出现在大众面前,同时这也是社会的需求未来的方向。
3“都市村庄”新能源
3.1光伏发电系统
社区建筑表面采用薄膜光伏幕墙,光伏幕墙集合了光伏发电技术和幕墙技术,充分利用了建筑物的表面,把传统幕墙屏蔽在外的光能转换成对人们有利的电能。
不仅如此,光伏幕墙的安装也节省了传统的建筑材料,大大减轻了环境负担,不仅减少了地球珍贵的化石资源的消耗,同时也为现代建筑提供了装饰。
随着能源枯竭、环境污染和生态破坏的日益凸现,世界各国十分重视对可再生能源的开发与应用,其中光伏幕墙发电系统已逐渐成为建筑领域太阳能光电利用技术的重要应用形式之一。
这种幕墙,白天从室外看的话,它与普通的幕墙毫无区别,都是呈深色如图7。
但是,如果你走到室内,从里面往外面看的话,整面墙就是彩色的如图8,很漂亮。
更为神奇的是,到了晚上,室内的灯光开启,人们从室外看进来的话,整个大楼则呈现五彩缤纷的样子,而室内的灯光用电则来自幕墙本身。
图7图8
如图1
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