图片来源：零能源项目
更多的客人的博客
计算机化的能量模型是构建高性能的家庭设计的基本要素，因为它允许设计者预测基于特定部位的特征，结构组件，机械效率和可再生能源技术建筑物的节能性能。通过调整建筑性能的这些元素，设计师可以选择功能最经济有效结合。虽然模型只是预测 - 因此永远不会完全准确 - 熟练使用建模工具应导致更实惠，节能建筑。
这就留下了两个问题。能源模型对于设计零能耗住宅有多重要?能源建模的准确性如何?
现在比以往任何时候都更
几十年来，高性能建筑设计的口号是大幅削减两个最大建筑负荷的能源使用量：空间供暖和水暖。如果这些努力取得成功，那么需要在现场购买或生产的能源就会减少。
虽然降低负荷仍然是一个重要的设计目标，但屋顶太阳能电力系统价格的急剧下降带来了一个新的设计问题：外壳措施（隔热和密封墙、窗户、天花板等）、高效机械设备和现场可再生系统之间的最佳平衡是什么？然而，有四个因素在该国不同的项目和地区发挥作用，使得回答这个问题更加复杂：
能源模型不是根据直觉做出判断，而是为设计师提供定量的、具体项目的反馈和指导。
大多数住宅建筑没有利用这一工具，而是依赖建筑规范作为能源性能的唯一基准。即使是大多数第三方认证项目，如“能源之星”、“零能耗住宅”、“生活建筑挑战”和“地球优势”，也仅将能源建模用于项目合规性，而不是作为迭代设计工具，为给定项目找到最具成本效益的节能和可再生能源措施。
设计师和能源顾问可以将能源建模作为一种设计工具，通过建模不同的能源相关特征组合，看看哪种组合以最少的成本产生最佳性能。如果你的目标是建造一个负担得起的零能耗住宅，那么能源模型是一个必不可少的规划工具，它可以帮助你做出明智的决策，从而设计出一个具有成本效益的建筑。
建模程序
有很多种能源建模程序可供选择。由于使用不同假设的计算机预测永远不可能精确正确，我决定使用两种不同的建模程序，并将它们的结果与我自己家的实际能源使用情况进行比较。
我选择雷姆/比率“能源之星”和许多公用程序中常用的软件，以及Build Equinox创建的免费在线计算器零．作这种比较让我有机会去探索方案设计更具成本效益的基于这两个型号的相关信息零个能耗住宅。
我的零能耗住宅拥有939平方英尺的居住空间，建于2015年。它是超隔热的，非常密闭，使用微型热泵进行供暖和制冷。热水由热泵热水器供应。屋顶上有一个4.3千瓦的光伏系统。我的家位于气候带5，每天大约有7000度的高温。为了从两个程序中获得最一致的结果，我对两个模型使用了相同的输入。
第一个图表显示了每个能源模型的结果与我家实际使用的能源的对比。
与现实相比，建模是怎样的?
这两个项目都没有准确地预测出房屋在这两年的表现。Build Equinox Zero预测的能耗比实际高出37%，而REM/Rate的数据甚至更高。这并不奇怪。每年的天气模式都大不相同。例如，2016年相对温和，而2017年的前几个月气温在零度以下，降雪约30英寸，完全覆盖了太阳能电池板数周。
计算机模型使用的是长期的天气平均值，因此它们不能与任何两年的快照相匹配。使事情复杂化的是，气候变化的速度可能比预计的要快。
此外，这两种计算机模型都无法预测居民的实际能源使用模式。就我的家庭而言，我们在使用能源方面可能比这些模型中“普通”家庭假设的更节俭，这可能部分解释了两种模型都高估了我们的实际能源使用。在模型中，设计师或顾问肯定会采取保守的方法。好于预期的性能意味着额外的能量可以帮助电动汽车或电动庭院设备提供动力。
在这两个项目中，构建Equinox Zero更接近于预测我们案例中的实际总体性能。它的估计属于正能量类别，符合我们家庭能源使用的实际情况，而REM/Rate更为保守，并预测家庭不会达到零能耗水平。
为什么这两个计划都不太接近现实?要回答这个问题，深入研究更详细的报告会有所帮助。
净能量是通过太阳能电池板产生的能量减去总能量消耗。因此，负数意味着场景中的能量不会达到零，而正数意味着家庭将产生比使用更多的能量。
是学到了什么
虽然每个能量模型产生稍有不同的结果，这两种模式揭示出有关这个家庭的住宅能源使用显著的事实。的能量的量由消耗的插头负载，灯，和电器相形见绌空间加热，冷却，和水加热。这并不奇怪，因为这个家包括高度绝缘和气密性热络以及高效率的热泵热水器和能源回收通风（ERV）系统。
在我家的设计中，像大多数零能耗项目一样，热外壳、水加热和照明的效率是首要目标。因此，在像我这样的家庭中，提高能源效率的下一步将是专注于电器和插头负载。事实上，研究表明，电缆盒、游戏机、大屏幕和其他电子产品每年都在家庭能源蛋糕中占据很大份额。
由于家电和插头负载管理的选择不是一般的设计师或制造商，一个设计方案到地址的控制下，这一挑战将包括家庭能源管理系统，零个能耗住宅。
研究结果还提出了另一种方法。随着屋顶太阳能系统的价格迅速下降，将增加更多太阳能的成本与其他节能措施的成本进行权衡将是明智的。在某种程度上，增加一些光伏板可能比建造更厚的墙壁，购买超高效的窗户，或安装能源管理系统更便宜。当然，太阳能电力系统的限制可能不止是成本。日照和屋顶可用面积也必须考虑在内。在这里，能量模型可以帮助平衡各种设计问题。
建模程序如何比较
在空间加热、水加热和光伏生产的类别中，使用的两种模型相当接近。计算这些参数的方法已经建立，因此一致性水平是有意义的。
然而，有一个数字是无法进行比较的，那就是冷却能量的差异。REM/Rate估计冷却消耗是Build Equinox Zero的9倍。虽然这个百分比非常高，但绝对的千瓦小时数非常低，因为这个地点几乎不需要制冷。
REM/Rate的估计更接近太阳能发电的实际情况，预计仅比实际发电量多5%的kWh，非常接近太阳能承包商为我的太阳能发电量估计的5767 kWh。
如前所述，插头负载，灯光和家电的品类代表迄今为止最大的能源消耗。REM /速率预测这一类不是建立春分零中使用更多的26％的能源。这种差异可能会导致从该组由每个程序中使用的假设。
虽然两种型号之间以及两种型号与实际值之间的总能耗差异很大，但实际上所有这些差异都可归因于灯、电子产品和电器类别。虽然百分比差异似乎很高，但这两个程序都为设计决策提供了有用的信息。
进化模型
现场蓄电池和电动汽车正在大举进入市场。能源建模软件的下一步发展应该是将这些技术集成到它们的计算中。太阳能、储存和运输的紧密结合，以及通常的节能措施，将是实现住宅领域零能源/零碳的关键。
随着所有新建筑向零能耗方向发展的势头不断增强，建造成本效益高的零能耗住宅至关重要。能源建模将是实现这一目标的关键步骤。根据我对我家实际能源使用情况与这两种不同建模系统的比较，选择的建模程序可能不如以迭代方式使用能源建模来优化零能源住宅的性能和可承受性的实践重要。
本文最初发表于零能源项目．
16条评论
其他软件吗?
所以我想知道REM/Rate和Build Equinox Zero这两个建模程序与BEOpt和EnergyPlus程序相比如何?布鲁斯，你有实际的供暖能源使用信息来比较你的供暖负荷和模型预测吗?
我使用BEOpt来模拟我们即将到来的构建，它肯定会很高兴知道该程序是否超出了67%的实际能源使用!
关于BEOpt，让我困惑的一件事是设备负载大小。在DView中可见的每小时冷负荷模型(BEOpt的图形输出)表明我的峰值冷负荷小于1吨(12000英热单位/小时)，然而程序建议2吨机组在24000英热单位/小时以上?有人对此有什么见解吗?
兰斯•彼得斯
太阳热收益
在何种程度上透过窗户做太阳得热这些建模程序的因素？我知道，与PHIUS，“绿荫研究”的量化信息，需要帮助。如果这些收益在REM /率等省略了，我怀疑这会有助于估计比实际使用更高。
> ... 归零
> ... 归零energy/zero carbon in the residential sector.
零能源和零碳是完全不同的东西。我会把重点放在后者上，而不把前者放在心上。
乔恩·R
好啊看起来是个好主意
乔恩·R
好啊看起来是个好主意point. But how do we do that?
净零碳
停止谈论“净零能源”将是一个好的开始。并开始更新计算碳的工具(即使，目前，我们经常不得不简化和假设一些固定的碳/千瓦时)。
对Jon R的回应
乔恩，
目前的碳核算方法存在很多不确定性，我对“净零碳”的讨论是否有用持怀疑态度。在大多数情况下，事实并非如此。
更多的讨论:建筑业的碳排放．
供应商的选择可以是零碳/千瓦时@ Jon_R
在许多“脱钩”的国家，电力的交付和能源供应是分开的，纳税人可以选择与特定的供应商或电力经纪人签订合同。我现在正好通过一个经纪人签了一份1年100%风电的合同，价格低于我的公用事业公司提供的标准价格。(我之前做过一份为期3年的100%可再生能源合同，它的成本也比公用事业公司同期的标准组合略低，由于2014年极地涡旋周的天然气管道限制，以及ISO新英格兰电网地区的峰值和基负载电力严重依赖天然气发电，天然气价格飙升)。
因此，通过一些碳核算方法，固定碳/千瓦时常数是零，使我所有的电力使用净零碳。
通过其他碳核算方法，它甚至还不接近净零碳，因为我连接到ISO-NE电网，那里每年输送的Twh大约有一半都是在源燃料中含有碳。准实时混合在这里每5分钟更新一次，但不包括仪表输出到电网的PV，只有效用规模的PV输出(电网运营商实际上可以“看到”?):
https://www.iso-ne.com/isoexpress/web/charts/guest-hub?p_p_id=fuelmixgraph_WAR_isoneportlet_INSTANCE_WQKSMAX9RozI&p_p_lifecycle=0&p_p_state=maximized&p_p_state_rcv=1&p_p_col_id=column-3&p_p_col_pos=2&p_p_col_count=5
瑞克，我用PHPP和
里克，我用的是PHPP和BeOpt。BeOpt确实包括了一些对太阳能增益的控制——远不及PHPP的水平，但相当不错。
我同意Jon的观点，零碳是真正重要的——它是体现的能源和运行的能源的结合。如果你能实现零能源和最小化隐含能源，这是一个良好的开端，同时研究和技术也在迎头赶上，使实现零碳像今天实现零能源一样容易。
>合同100%
>合同100%可再生能源
我也这样做——这是一件好事/绿色的事情——比许多提高我的能源效率或降低净千瓦时使用量的事情要好。
邻居A正在建造一个接近零能耗的房子。邻居B正在建造一个最低限度的电力房屋，并将支付100%的可再生电力。哪个是更环保的邻居?
净零碳
感谢Jon R指出净零能量和净零碳是不同的东西。
仅仅在家里安装太阳能并不能使其成为净零碳。重要的是每小时的网格组成是什么。了解这一点的一个好方法是Cal ISO网格的系统可视化(加州大部分地区的电网):http://www.caiso.com/TodaysOutlook/Pages/emissions.aspx．你可以看到排放量在一天内的变化。典型的住宅用电高峰出现在早晨和晚上，这时没有太多的太阳能可用。这意味着在供应结构中，可再生能源更少，而天然气/化石能源更多，这意味着在这段时间内，每单位能源的总体电网排放量很容易翻倍。要认真考虑排放，您需要使用每小时的排放因子。有一些已完成和正在进行的项目来计算这些，例如。https://catalog.data.gov/dataset/hourly-energy-emission-factors-for-electricity-generation-in-the-united-states．
作为一个一般的例子，假设一个典型的家庭在早上和晚上使用75%的能源，当排放率平均为250克CO2/kWh时，在白天使用25%的能源，当排放率平均为150克CO2/kWh时，当电网排放率平均为150克CO2/kWh时，它在白天产生100%的能量。如果家庭每天使用10 kWh，这意味着总排放量为（0.75*10 kWh*250 g CO2/kWh）+（0.25*10 kWh*150 g CO2/kWh）=2.25 kg CO2，减去（1*10 kWh*150 g CO2/kWh）PV补偿=1.5 kg CO2，总排放量为0.75 kg CO2。因此，你减少了100%的现场能源使用，但碳排放量只有67%。
理想情况下，您希望设计您的住宅，使电力使用模式尽可能与太阳能光伏生产模式保持一致，甚至使用电池或热水器上的智能控制装置等，将电力使用移动到太阳能峰值/最低排放时数。对于一个太阳能光伏占很大比例的电网，如果你处于使用期电价之下，并且关心排放量，以使你的太阳能电池板朝向西方，以抵消当天晚些时候更高排放的电网组合，这甚至是有意义的。
回复Jon R(评论#9)
乔恩，
Q.“邻居A正在建造一座近净零能耗的房子。邻居B正在建造一座标准最低的全电力房屋，并将支付100%的净可再生电力。哪个邻居更环保？”
A.每个人都会以不同的方式回答这个问题，因为这个问题没有明确的答案。
对许多观察人士来说，公用事业公司向客户出售“100%可再生能源”的计划是基于会计花招的欺诈计划。如果你的公用事业公司告诉你，你所有的能源都来自光伏和风能，而你的房子在无风的夜晚需要电力，公用事业公司就会提供给你由化石燃料工厂产生的电力——因为没有阳光，也没有风。
如果你是谁希望减少二氧化碳排放量的环保主义者，小型，节能的房子或公寓楼，并尽可能少的能源尽量使用省吃俭用。安装屋顶安装光伏发电系统（如果你自己在你的头上屋顶）可能是一个好主意。
谦虚也是个好主意。我建议环保人士不要吹嘘“我的生活方式是碳中和的”或“我的房子是净零碳的”。除非你住在非洲一个没有电网的小村庄，否则你的生活方式可能不是碳中和的。
>欺诈……你所有的
>欺诈……你所有的能量都来自光伏和风能，而且你的房子在无风的夜晚也需要电
我同意，但是从同一个问题的净零所能耗住宅遭受（尽管用更清晰的术语）注。
我不认为跟踪能源何时使用和排放因素是那么困难，但它确实需要一些工具的更新。以及更多的意识到它的重要性。
从公用事业中选择100%的可再生能源
虽然从技术上讲，你在无风的夜晚使用的能源可能来自化石燃料(即使你指定了100%的可再生能源来自你的公用事业公司)，但公用事业公司将从可再生能源中获得更多的电力，所以从公用事业公司选择可再生能源是有帮助的。
没有无风之夜。@马丁
销售100%风电的电力经纪人与特定地点的特定风电场无关——他们交易的是来自多个风电场（一些是全国性的）的购电协议。风总是在某处吹拂，就像太阳总是在某处照耀一样，即使在美国也是如此。但是从关岛的一个设施获得光伏或风能到你在圣托马斯的家可能有点困难，嗯？；-）
甚至认为晚上风吹在北达科他州加热是一个电动全家在缅因州一晚上平静的时候在缅因州不仅仅是一段,因为味噌和ISO-NE电网运营商之间的传输连接区域实际上是零,和跨越多个独立电网运营商边界。
在MA，有“绿色”选项，通过公用事业公司购买电力(通常是在标准混合产品的基础上加价)，但也有第三方供应商选项(我一直在做的)，通过(州监管机构审查的)电力经纪人签订合同，这是一个竞争激烈的市场，它经常可以击败标准的混合定价。根据法律规定，公用事业公司不允许提高他们从发电机购买电力的成本——他们必须按成本通过，不允许有长期的电力购买合同，但必须每6个月从他们的供应商那里征求投标。电力经纪人没有这些限制，而且100%的可再生能源通常甚至比公用事业公司提供的标准混合价格更便宜(更不用说标准混合价格加上绿色成本加法了)。该州甚至开设了一个比较购物网站:
http://www.energyswitchma.gov/#/
以例如邮政编码01803（我的办公室恰好位于）标准混合该法案的能量部分是12.888¢/千瓦时，但有多个100％的可再生能源供应商销售固定价格长期合同低至10.600¢/千瓦时（为6个月的合同），大部分（但不是全部）打浆后的标准工具价格甚至1年或3年的合同：
http://www.energyswitchma.gov/#/compare/2/1/01803/
请注意，阅读合同细节很重要-通常会有取消费和在期限结束时以未披露的价格自动重新订购，这导致了相当多的粗心滥用。我之前签订的3年合同价格为12.99美分，该公司有高额的取消费和自动续约，除非在合同期限结束时采取行动选择退出。新改进的汽车续费费率为17.99美分，取消费为150美元。只要签订新合同一个月+取消合同，就足以抵消过去3年的任何节省。州总检察长办公室正在进行一些运动，以限制这种滥用行为，但也有一项（被误导的IMHO）建议完全取消第三方售电选项。这类业务可以由国家监管（可能需要收紧）
马的效用只有一部分电力销售仅仅是第三方计量和计费——他们不是采购权力和转售的地方税纳税人(他们标准的混合或绿色混合),和不允许第三方绿色能源对国家规定最低可再生能源组合。这些东西在不同的州是不同的(很多)-没有一个单一的模式的零售电力销售是在使用的规则，所以很明显YMMV。
对Dana Dorsett的回应
达纳，
每过一年，我们都离“风总在某处吹拂”的未来越来越近，但我们还没有实现。
与此同时，正如你所报道的，“北达科他州晚上刮的风会在缅因州平静的晚上给缅因州的全电房子供暖的说法是非常离谱的。”
是的，它进化得非常快!@马丁
一些从中西部北部往东输送大量风力的输电线路项目即将到来，以及其他从谷物带到东南的输电线路，连接到TVA地区输电电网。
无论是构建更加输电线路的基础设施将被证明比海上风电的新英格兰更具成本效益是一个悬而未决的问题。也不是很便宜的权利，但风是两位数的学习曲线。在租赁方面关闭MA风真总是吹，这只是多么困难的事。风电场南部在〜60％的产能因素马撒葡萄园工作的估计可能被证明是过于保守，因为该技术仍在迅速与去年沿同比下降成本不断发展，与去年同期的收益能力的因素。一些目前正在苏格兰进行测试（他们是“唯一” 8.8Mw，实际上）产品在一个旋转的房子均价在一天英国使用多大的力量，并有望带来量子的10MW级燃气轮机的步骤降低电力从海上风的平准化成本。国家规定在马萨诸塞州海上风电项目仍处于招标阶段，并有可能进来更便宜的不只是3年前被讨论，即使是最激进的成本估算。
登录或创建一个帐户来发表评论。
报名 登录