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客人博客

为什么绿色建筑不辜负能效的炒作?

分析人士称之为“能源性能差距”——问题在于不恰当的建模系统未能捕捉到建筑的真正工作原理

计算机建模是高性能建筑的关键。然而,研究人员发现实际的能量消耗有时与模型说的那样不符。
图像信用:OTA照片/ Flickr

不久前在英格兰西南部,一家当地社区出发了一个使用三窗帘窗和超山墙的新建筑取代20世纪60年代 - 老式学校,以实现最高的能源效率。新学校自豪地在与旧的网站上开幕,具有相同数量的学生和同一个主人 - 并且很快就在一个月内燃烧了更多的能量,而不是一年的旧建筑。

新大楼的地暖系统设计得很糟糕,即使在冬天,窗户也会自动打开好几次,排出热量。停车场里的一个摄像头不知怎么地连上了电线,就像一个热传感器,只要有什么东西从镜头前经过,它就会发出能量信号。据前来调查的巴斯大学专家大卫·科利(David Coley)说,这是“一系列灾难”。

许多灾难追溯到建筑能源模型,能源使用的软件模拟,这是设计任何旨在绿色的建筑物的关键步骤。在其他错误之外,设计师从平静的景观中设置的孤立教室的简化模型推断了他们的计划,其中大部分时间都有很阳光。决定的窗口着色和阴影,以降低太阳能增益。似乎没有人注意到新学校实际上站在一个被遮荫树包围的山谷中,需要所有可能得到的太阳能增益。教室是如此黑暗,灯必须整天都在。

能量建模故障

这是一个极端的例子。但根据Coley的说法,这也是一个很好的例子,说明过度乐观的能源模型是如何导致“能源性能差距”的,这个问题在绿色建筑项目中已经变得令人沮丧地熟悉。

性能差距是指能量改进的失败,通常以巨大的支出进行,以提供一些(或偶尔全部)承诺的储蓄。例如,德国翻新公寓大楼去年的研究发现,他们错过了5%至28%的任何地方的预测节能。在英国,从超市到医疗中心的50个“前沿现代建筑”的评估,报道说,他们“经常使用高能量比他们的设计允许的节能” - 并平均生产3.8倍预测的碳排放。

表现差距是“一个巨大,可怕,巨大的问题”,用一个建筑技术专家的话语,这并不夸张。虽然大部分公众对能源消耗和气候变化的关注侧重于汽车数程管理,但整个运输部门 - 包括火车,飞机,船舶,卡车和汽车 - 仅占美国气候变化排放的26%。根据美国绿色建筑委员会的说法,建筑物达到40%,他们是增长最快的排放来源。

消除绩效差距对欧盟国家来说尤其重要,因为欧盟国家有法律约束力的承诺,要在本世纪中叶将排放量减少到1990年水平的80%至95%。但是,对于任何想要弄清楚在某一特定的能源改进上应该投资多少的人来说,满怀信心地知道节约的结果是很重要的。

建筑商和住户不应受到责备

研究人员通常将这种性能差距归咎于建筑商的粗心工作、过于复杂的节能技术,或建筑物最终居住者的不良行为。但在一个新的研究,Coley和他的共同作者对无限能源建模的责任。

研究标题问挑衅性的问题,“建模是识字的?”更挑衅,新闻稿从浴室大学比较对大众汽车排放丑闻的误导性声明,其中柴油发动机汽车的实际排放量高于“汽车制造商所承诺的表现”高达40倍。

对于他们的学习,Coley和他的共同作者调查了108个建筑行业专业人士 - 建筑师,工程师和能源顾问 - 他们经常使用能源绩效模型。为了保持问题简单,研究人员要求参与者查看最近更新的典型英国半独立式家庭,以满足当前的建筑码。然后,他们要求测试主题排名哪些改进对能源性能的影响最大。

他们的答案与客观现实几乎没有关系,如一项研究在一年内监测那个家庭小时的实际能量表现。根据该研究的研究,一四分之一的测试受试者判断“似乎比随机响应的人更糟糕的人”,“建模者的样本”和建筑建模者的人口暗示,不能被认为是建模识字。“

“垃圾,垃圾出来”问题

可预见的是,结论举起了喧嚣。“样品对我来说似乎很奇怪,”劳伦斯伯克利国家实验室的建筑科技专家Evan Mills说,“包括在实践中的初级的这么多人,然后批评整个行业。”他指出,108个测试科目的近三分之二有五年或更少的建设经验。但是Coley和他的共同作者发现,即使在“更高级别的资格”或拥有多年的建模经验,也不比他们的小学更准确。

米尔斯承认,无论如何,“性能差距是真实存在的,我们必须意识到模型没有恰当地捕捉到东西。”我们有这样的例子,模型师会想出一个节省能源的措施,比房子的能源使用还多,因为他们只是在模型上工作,而没有注意到真正的房子。

美国绿色建筑委员会的Gail Hampsmire表示,这种问题 - 显示不合理的结果的能源模型 - 也在初步阶段,在LEED认证过程中的50%的项目中提高了初步阶段。设计师倾向于采取“黑匣子”方法,提供特定能量模型所需的任何输入,然后接受输出“而不评估这些结果的合理性”,“她说。“你总是在/垃圾出局中发出垃圾,以及建模者的能力来识别它们是否垃圾熄灭是至关重要的。”

寻找治愈

那么,如何解决这个问题呢?科利说,目前对能源模型师的认证要求“非常温和”,但“当你试图相对迅速地取得一些进展时,你不能让所有人都回大学呆三年。”无论如何,问题不是真正意义上的教育。

“它与反馈有关,”他说,或缺乏它。建筑施工的文化表示,对于建筑师来说,这是完全合理的 - 但不是能源建模者 - 旅行数百英里看看实际建筑如何与他们设计的东西进行比较。对于能源建模者来说,甚至没有期望在第一年度与建筑经理接触,并询问能源使用情况如何与原始模型进行比较。结果,所述Coley,能量建模可能会像理论物理一样:“你可以很容易地创建一个完整的理论网络,然后你发现自己研究了你的理论的物理,而不是现实世界的物理学。”

他建议的答案是一个监管要求,即通过廉价地检查其对建筑的实际能源消耗的预测,建模者跟进他们的工作。适度诱导的系统也可以使反馈更广泛地可用 - 例如,通过承诺向在线数据库发布实际能源使用的开发人员的规划权限过程需要三个星期。绿色建筑委员会已开始要求寻求LEED认证的项目报告,汉普姆勒表示,现在正在开发的在线平台“为制造业主跟踪自己的表现并与其他建筑物进行比较。”

根据Coley的说法,第二个问题是政府机构在设计过程开始时需要简化能源模型的趋势。要求通常包括关于能源使用的某些统一假设,使得更容易将一个建筑与另一个建筑物进行比较。

“因为你一开始就必须这么做,所以它就变成了默认设置,这就形成了一种‘爱丽丝梦游仙境’的世界,所以建模人员为这个人造世界建模也就不足为奇了。”但汉普斯米尔说,至少在美国,近年来这已不再是一个问题。她说,目前的建筑法规要求“相当不错”。“他们不会说,‘一栋建筑的能耗模型每天占用8小时,’”或其他武断的标准。相反,“他们明确指出,所有能源使用都必须按照预期进行建模。”

建筑商需要现实的建模

所有这些的结论并不是要诋毁能源模型,而是要改进它。科利说,建筑商越来越需要逼真的建模,需要那些对建筑物理有深入了解的人,至少要有和能源模型一样多的真实建筑经验。如果不这样做,结果将是更多价值5亿美元的办公大楼,南面的玻璃幕墙太多,导致每个人在炎热的夏日午后都被烤焦。如果没有智能的能源模型,结果将是世界更快地转向失控的气候变化。

“这不是火箭科学,”伯克利实验室的磨坊说。但后来他补充道,“这比火箭科学更难。”

Richard Conniff是一个全国杂志获奖者,其最新书是失去世界的房子:恐龙,王朝和地球生命的故事。这篇文章最初出现在网站上耶鲁e360

19评论

  1. 托马斯石头||#1

    决议?
    不久前相当含糊。项目什么时候完成?有任何问题已得到解决?相机问题很容易,但基本设计呢?温和气候的超级绝缘建筑,含有地板加热良好。他们甚至考虑了乘客产生的热量吗?

  2. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#2

    概括和结论
    从少数灾难故事中制定概括是有风险的,作者在这里滑行靠近边缘。也就是说,我同意一些作者的积分。

    我认为许多建筑师和建筑商在能源问题方面是文盲。这解释了为什么一些过度乐观的能源储蓄声称不挑选 - 经验丰富的能源专家可能会注意到索赔不能通过嗅觉测试,但球队上没有人拥有认识到基本错误的经验或知识。

    这是一个令人惊讶的建筑或建筑师声称,一定措施将每年为国内热水节省200美元 - 没有意识到平均美国每年只花200美元的热水能源需求。

    2.正如Michael Blasnik多年来所解释的那样,许多能源建模程序都高估了能源节约。有关此问题的更多信息,请参见能源建模不是很准确

  3. 山姆北奥||#3

    布鲁尔的公寓
    为什么啤酒缅因州被动房屋项目的形象作为这个故事的一部分?该建筑没有终止其能源模型吗?文本中没有任何东西可以连接到该项目。

  4. GBA编辑器
    斯科特吉布森||#4

    照片选择
    山姆,

    我使用了啤酒厂项目的照片,因为它是在建模软件的帮助下设计的,我已经在文件上(我去年拍了照片)。我没有作者在这篇文章中的建筑照片。我不建议啤酒厂的能源模型是不准确的。

  5. 专家成员
    马尔科姆泰勒||#5

    复杂
    “这不是火箭科学,”伯克利实验室的工厂说。但后来他补充道,“这比火箭科学更难。”

    我会在最近的HVAC博客中发表了同样的评论。拥有建筑物依赖于被描述为类似火箭科学的过程无意义。持续的避免是我们需要更好的教育,以便参与建筑贸易的每个人都在建设科学的复杂性中完全熟悉。现在不是行业的性质,它是一个吸盘游戏,认为它将成为未来。什么作品更加宽容,低科技解决方案。

  6. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#6

    回应Malcolm Taylor
    马尔科姆,
    我非常赞成简单,就像你一样。但是,如果我们踏上国家计划改造现有建筑物以满足节能目标 - 正如几个欧洲国家已经拥有 - 我们需要了解我们改造计划背后的建筑科学,或者我们将浪费巨大的数量钱。

    有时没有替代学习。

  7. 罗伯特·斯威文||#7

    不同模型的精度
    我想知道,例如,如果用被动房屋方法建模的项目,比其他建模方法更好地实现了更好,更准确的真实世界结果吗?似乎有许多方法,每个方法都有自己的假设。

  8. 用户- 6873011||#8

    乡村中心图像
    斯科特,通过使用Brewer项目的图像,您确实表明BREWER的建模不准确而不表现。在我们正在努力支持工作被动房屋项目和校长的时候,它通过将这种特定项目与其表现尚未完全分析的情况进行了普遍存在,以更为一般的问题,这确实危害。代表参加该项目的PHME成员,代表我们致力于促进缅因州公共住房的声音和负责任的发展,我恭敬地要求您从这个故事中提取村中心图像的形象。

  9. GBA编辑器
    斯科特吉布森||#9

    帖子里有一张新照片
    娜奥米,

    我已经删除了Brewer项目的照片。原始标题没有说项目的建模是不准确的,但如果否则,我道歉。

  10. 用户- 6873011||#10

    谢谢,斯科特。我很欣赏
    谢谢,斯科特。我很感激。我认为看待pH型号(PHPP / WUFI)是否比其他人更好地审查,我会很有意思。也许是另一列的主题?

  11. Nate Adams.||#11

    需求集中反馈循环
    我同意反馈至关重要,但试图规范它只是要求更为无效的警务。如果建筑物可以在公共论坛中的使用量排名,那将提供透明度。显示预测的能量使用和与能量建模柜一起使用的实际能量使用。提供问责制。

    将能源使用强度(EUI在KBTU / SF /年中)MLS。所有这些都让市场需要更好的数字,而不是通过监管供应推动来迫使市场上更好的数字。

    我对Greentech Media的住宅建筑写了这篇文章,我们已经开始了一个小计算器,让您找到任何建筑物的EUI并将其与家庭建筑物性能数据库中的房屋进行比较。这些是婴儿步骤,而是解决这个问题的开始。

    最后,它也是承包商和乘客的错。这不是一个/或或或者。这是一个需要问责制的系统问题。直到有预测和现实的透明度,我们被困。顺便说一句,我用自己的项目这样做,所以我们试图走路。

    请让我们避免“应该有法律”思考,它不会在任何地方领导。

  12. 杰弗里·萨维奇||#12

    建模者需要市场激励措施
    建设是一个庞大的市场市场。建模者需要真实世界的激励措施来做更准确的工作。将现实世界表现与他们的底线有所帮助。当然,该规模的另一端需要平衡,或者他们会摆动他们的模型来显示少于真正的预期。需要定义和录制建模者的准确性,以便它为使用其服务的开发人员/建筑商提供参考。现实世界观察数据库与预期结果将远远进入。这将强制建模者改变进一步准确性。听起来他们缺乏创造糟糕模型的后果。

  13. Jon R.||#13.

    在我看来,最多
    在我看来,在大多数情况下,可以留下互联网连接的仪器,提供持续的验证数据。

  14. 詹姆斯摩根||#14

    问责制?
    如果这个问题的问题“不久前”学校涉及结构崩溃或屋顶泄漏,设计师现在将在昂贵的法律诉讼中争取昂贵的法律诉讼,他们的失败将在贸易媒体中广泛公布,以及对此的详细分析毫无疑问,多重失败的原因和朝向金融责任分配的途径。如果发生这种情况,为什么这篇文章没有提供详细信息 - 或者有没有通知的链接?

  15. 詹姆斯摩根||#15

    失败的课程
    - 正如我所相信的是,我们都等待着舞台呼吸,以了解Grenfell塔上最近应用的外部绝缘,促成了快速和灾难性的火灾。必须从这些巨大的失败中吸取教训。

  16. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#16

    对詹姆斯摩根的回应(评论#14和#15)
    詹姆斯,
    我完全同意,如果提交人报告(a)学校的名称(b)那里的小镇,那么关于在英格兰西南部的学校“不久前”的轶事就会完全同意“不久前”的问题“不久前”将更可靠学校位于(c)改造日期,也许甚至(d)建筑师,能源顾问或建造者的名称。就像它一样,轶事听起来更像是城市传说,而不是准确的报告 - 这不是说它没有准确报道,只是这个故事缺乏确认细节。

    斯科特吉布森最近为GBA报道了格伦费尔塔火灾。这里是链接:官员调查伦敦塔火灾的覆盖作用

  17. 布朗温·巴里||#17

    确认Passivhaus的数据正在弥合“性能差距”
    以下是利兹大学进行的一项研究的链接,与他们的建模预测相比,LEEDS大学进行了看待PHPP中的项目的表现:http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09613218.2014.979093?journalCode=rbri20
    研究发现两者之间存在显著的相关性。在更大的样本量下进行的其他研究也得出了类似的结论。我个人在加州设计项目的经验证实了这些研究,包括供暖和制冷能源的使用。我同意作者的观点——没有比使用后监控更好的设计反馈循环了。信任,但要核查。

  18. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#18

    回应Bronwyn Barry
    布朗瓦恩,
    谢谢你的链接。该研究表明,(a)PHPP是一种准确的模型,(b)被动房屋顾问往往在能源建模中受到良好培训。

    Bravo!被动别墅顾问应该对这些结果感到合理的骄傲感。

  19. 斯蒂芬希海||#19

    回复Nate Adams
    Nate:您是否能够提供与EUI Calculator的链接?

    真实世界的数据将有助于感兴趣的人找出哪些因素是最重要的。

    我希望看到一个简单的电子表格,包含几个数据点:
    条件平方英尺
    数量的人
    kWh /年的总能源使用
    加热和冷却度天
    鼓风机门效果
    绝缘r值
    窗口和门规格和墙壁的百分比(n,s,e,w)。

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