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客人的博客

零网能源建筑的最佳实践

马克·罗森鲍姆分享了面包师的十几个设计要点

密封的建筑是净零性能的关键。在一些净零住宅的吹风机门测试显示,在50帕斯卡的减压下,泄漏率低于每分钟100立方英尺。
图片来源:黑熊获得

这是马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)一篇同行评议文章的摘要,发现于2014年秋季版建筑物杂志,并为马克的建筑能源大师系列课程的学生准备了一个预览,零净能源家庭。

零净能源建筑(ZNEB)是指每年使用的能源不超过其可再生能源系统产生的能源。当场地资源不足时,它进口能源;当产生的能源超过建筑物的使用时,它输出能源。这些建筑都有一些共同的策略,这些策略允许我们开始为这些住宅和其他建筑制定最佳做法。你会看到,能量系统本身排在最后。

1.教育和激励住户

激励和教育居住者在实现ZNE绩效中的作用-需要注意-是第一个最佳实践。建筑性能顾问安迪·夏皮罗(Andy Shapiro)说得最好:“没有零净值的房子,只有零净值的家庭。”

2.关注所有的能源使用,而不仅仅是供暖

为了评估我们的建筑运行情况,我们需要报告所有的能源消耗情况。按照这些最佳做法,建筑物的供暖能源可能只占现场总能源消耗的20%到35%。因此,对于zneb,我们考虑了所有的使用情况,并设计了其他能源使用系统,如热水和照明,就像我们设计建筑外壳一样仔细。

3.根据季节需要,使建筑保持良好的朝向,排除或吸收阳光

在新建筑中,建筑东西向延伸,玻璃集中在南部,东西向最小化。在住宅中,北方的采光也被最小化,但在非住宅建筑中可能不是这样,因为照明是一个更重要的能源使用,而采光可以很好地利用北方的光线。我预测,采光将被视为一种为人们创造愉快、健康空间的方式,而不是一种节约能源的方式。

4.减少冷却负荷

典型的ZNEB采用机械冷却,但负荷被最小化,被动式或低能耗措施被用来提高舒适度。高效的照明、控制装置、电器和设备(下文将介绍)直接降低了能源消耗,同时也降低了制冷负荷。吊扇和可操作的窗户等策略有助于提高舒适度。

5.建立一个超级绝缘,无热桥的围护结构

超绝缘已经存在了大约40年,尽管它在该地区的标准做法相去甚远,但它是zneb的基本组成部分。zneb具有完整的热边界,包括低品位区域。楼板、地下室楼板和基础墙的保温值范围从R-20到R-40。在地面以上,墙体r值似乎聚集在R-40附近,在供暖气候不太严重的较大建筑中,r值较低,而在北部地区的单户住宅中,r值较高。屋顶建造的价值至少一样高,如果使用桁架,r值通常至少是60,有时高达100。

6.构建它密封

第一次,建筑规范开始认真考虑气密性,但是zneb已经远远超出了规范的要求。施工文件中有专门的空气屏障图纸,项目规范规定了量化的气密性目标,以及如何以及何时对项目进行测试。做吹风机门测试质量保证的人发现自己在吹风机门上投资C-甚至d -环,这样他们就可以测试非常紧密的ZNE房屋——有些低于100 cfm50。

7.使用带有绝缘窗框和窗框的三层玻璃窗

窗户一直是热封的弱点,而且仍然如此,但标准已经上升。Znebbs正在使用三层玻璃(或在罕见的案例,四玻璃)窗口,整体r值从中间5s到7或更多。可提供玻璃玻璃的玻璃,可获得8至9°或甚至更多的玻璃型,使用更复杂的低辐射率涂层和稀曲之间的间隙中的低导电性氩气或氪。

8.用电驱动的空气源热泵进行加热和冷却

zneb由现场可再生电力提供电力,主要由太阳能发电系统提供。在大多数情况下,它们是全电动建筑,没有化石燃料或燃烧。ZNE住宅的先驱例子使用地源热泵进行空间调节。现在,最好的做法是使用变频器驱动的微型空气源热泵。这些系统的巨大成本优势使得设计师可以将更多的资源投入到建筑外壳和可再生能源系统上。它们也是可靠的,容易分区,并作为一个完整的包,包括复杂的(有时令人困惑的)控制。

9.使用热回收通风

所有的建筑都需要通风,一旦进行了超隔热,通风负荷就会增大,特别是在居住率较高的非住宅建筑。zneb采用热回收通风,无论是否有水分回收,都能显著降低通风的热负荷。

10.用热泵或太阳能制造热水

在煮热水方面没有明显的赢家。zneb使用(通常)带有电动辅助的太阳能热系统,或空气-水热泵热水器(HPWH)。如果选择了热泵,则必须提供额外的太阳能电力容量来抵消电力的使用(尽管容量必须为太阳能热系统使用的辅助能源提供)。屋顶孔径通常是溢价的zneb,所以设计师必须比较热电收集的效用。

11.使用高效的照明和照明控制

LED照明的进步是惊人的。在ZNE的家庭中,led已经在原来由紧凑型荧光灯占据的利基市场上取得了巨大的进展,这主要是因为它的光质量而不是直接的能源节约。当空间未被占用时,保持照明关闭和在有日光时昏暗的灯光是标准的控制。zneb的照明功率为每平方英尺0.7瓦甚至更低,实际峰值照明负荷更低。

12.选择最有效的器具和设备

在家庭中,选择高效的设备来做饭(感应炉灶、对流烤箱、微波炉)、洗衣服和盘子、储存食物、娱乐(电视、音频设备)和通信(调制解调器、电缆设备、笔记本电脑)显然是最好的做法。在不用的时候把它们拿开就更重要了。能效等级最高的那台设备可能看起来很贵,但在计算时,必须将这些能源节约的增量成本与驱动能效较低的替代能源所需的更大的可再生能源系统的增量成本进行比较。

13.为建筑提供可再生能源系统

是的,这也是一个最佳实践!在大多数情况下,选择是太阳能发电,而这种技术价格的下降有助于保持其领先地位。10000到15000平方英尺以下的建筑通常将阵列安装在屋顶上;较大的建筑物通常也需要一些地面安装能力,有时安装在辅助建筑物或停车檐篷上。随着价格的下降,可能有一些阴影或不面向南方的孔径变得值得考虑。

马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)是南山公司(South Mountain Company)的工程总监,也是一位著名的高性能建筑专家。这个博客最初是由东北可持续能源协会及时发布的BuildingEnergy 15这个春天会议,在这里使用的是Nesea的许可。

5个评论

  1. 大卫Eakin||#1

    几乎完全一致
    我几乎完全同意大纲,但我确实有一点不同意和遗漏。关于#3,我也同意在采光方面需要更多的工作,但不同意它将来自朝北的表面。我认为更有成效的做法是在朝南的平面上采用透明的楼层窗户和外部反射面(将光线“反射”到天花板上)。这最大限度地提高了南方的玻璃,消除了北方玻璃在非工作时间的热损失。
    关于#7,没有提到移动绝缘,以真正绝缘外壳的薄弱环节。事实上,如果集成了高质量的可移动绝缘系统,就不需要安装超昂贵的三层和四层玻璃窗户,因为绝缘工作将由绝缘系统完成(并将提供比R-5/7列出的更好的绝缘价值)。

  2. 比尔伯克||#2

    回复大卫·埃金
    大卫,
    我认为问题是如何让ZNE成为主流。我只是不认为可移动的绝缘材料会出现在生产建筑中。也许这对处于“前沿”的房主来说是可行的,但对普通房主来说就不可行了。此外,如果您使用数字5、6和7,并且有合理大小的窗口面积,则损失应该最小化。人们想要的观点。而且,想在住宅的北侧装上几扇窗户也不是不合理的。我不认为大多数房主把房子看作是节能机器。他们想住在里面。你如何生产一个非常高效的房子以满足一个房子的各种要求?

  3. 专家成员
    马尔科姆·泰勒||#3

    比尔
    “你如何以一种非常高效的方式建造一个房子,满足一个房子的各种要求?”

    这一点,比我们在这里讨论的任何其他问题都更值得我们关注。

  4. 约翰·伯克||#4

    几乎Completey同意
    活动绝缘应在外侧。除了凝结的水汽外,朝南的窗户在太阳升起时还面临着热冲击的风险。如果在内部隔热,框架内的热窗格的边缘冷却,当太阳能加热窗格的边缘保持冷增加应力和任何缺陷将开裂的单元。这适用于寒冷的气候。

  5. Eric Habegger||# 5

    电子能源的使用,即
    电子能源的使用,也就是电脑和娱乐设备,在总电力使用中所占的比例越来越大。随着越来越多的电子设备进入我们的家庭,这种情况只会持续下去。就像一个电路可能是专门为整个房子的照明,现在应该有专门的电路在新房子的建筑组合电脑和娱乐设备。如果把一个位于中心位置的开关串联起来,你就可以在晚上关掉整个房子的所有寄生电,然后在白天再打开它们。所有这些电力的寄生用户正在成为整个蛋糕中越来越大的一部分。当没有来自光伏板的电源时,它们应该在晚上关闭一个中心位置(而不是断路器面板)。

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