韩国松岛鸟瞰图，这座城市由建筑师和城市规划师共同设计，是可持续高科技城市生活的典范。鸣谢:Michael Lepech /斯坦福大学斯坦福大学的一项分析可能有助于美国各地的决策者更明智地在新的基础设施投资中花费数十亿美元。这项研究发表在3月31日的《可持续城市前沿》上，提出了一个首个此类框架，旨在为城市地区设计最高效的建筑组合，以及提供废水处理、冷却、加热和电力的系统。这种方法通过集成的基于社区的电厂和水厂优化了电力和水的每小时需求和供应，与服务于更大区域的传统系统相比，显著降低了成本和污染。反过来，这可能会导致更适合步行，宜居和负担得起的城市。该研究的主要作者Pouya Rezazadeh Kalehbasti是斯坦福大学工程学院土木与环境工程专业的研究生，他说:“我们可以使用这个框架来看更长期的发展效果，预测发展效果，并为计划提供数据。”
作为问题和解决方案的城市
据联合国估计，城市地区占全球能源消耗和二氧化碳排放的三分之二以上。由于全球变暖和人口激增，他们的水源越来越紧张。解决方案在于协调供电、供水和废水处理系统的设计。与传统的大型、功能分离的集中式工厂不同，这种本地、集成的布置可以实现多种效率，例如将电力系统中未使用的电力或热量引导至运行废水系统，或者使用废水来冷却发电系统。
使用先进的技术，综合电力和水工厂可以相对紧凑——大约两到三座低层建筑的大小——高效并能够将废水循环成饮用水。它们不散发气味，可以使用可再生能源，如太阳能，并且排放量低或不排放。每个工厂可以为100到1，000栋建筑提供服务，这取决于建筑的规模和居民人口。在美国、中国和其他国家，尤其是欧洲和加拿大，已经有超过4000个综合电力和水系统。私营企业和大学，如斯坦福大学，在采用某种形式的方法后，能源效率显著提高。
优化系统
着眼于优化该方法，研究人员在20年的模拟操作中模拟了两种情况。第一个场景是沿着由电网供电的传统中央废水处理厂设计的混合建筑和能源系统。第二个方案将先进的废水处理系统——正向渗透-反渗透和正向渗透-膜蒸馏——整合到建筑和能源设计中。
分析发现，与传统的隔离系统相比，将电力和水系统与建筑混合完全集成可使碳排放造成的社会、环境和经济损失减少75%，生命周期设备成本减少20%。减少的主要原因是在处理废水过程中废热和废电的再利用，以及用低排放或零排放的当地能源系统而不是区域电网为废水处理系统供电。
这项研究中提出的方法有望为城市规划者和基础设施设计者提供一系列邻里设计的最佳配置。通过这种方式，他们可以将综合电力和自来水厂的设计与分区规则相协调，比如对工业建筑加以限制，从而形成环境和经济上更可持续的城市社区。
“令人兴奋的是，通过将现有的基础设施与新的城市技术相结合，并统一优化它们的性能，我们可以发现实现全球碳减排的新的实质性途径，”该研究的合著者、土木与环境工程教授迈克尔·莱佩赫说。
研究人员希望城市规划者有一天能够使用该框架的扩展版本来设计一系列其他系统，包括垃圾清除和交通控制。随着技术的进步，该框架还可以纳入新的效率，例如使用发电厂的热量来干燥废水生物固体，从而减少处置需求，并创造可再生生物燃料的来源。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
