图片来源:Alex Wilson
能源书呆子的更多思考
为了减少能源消耗，绿色建筑商通常会安装高于标准的绝缘材料。然而，厚绝缘是昂贵的，所以有时很难知道多少绝缘是最佳的。
为了帮助建设者解决r值问题，我在2016年5月写了一篇文章(“多少隔热材料算多?”)报告了三位能源专家的r值建议:大卫·怀特，马克·罗森鲍姆和瑞秋·瓦格纳。
几年前，建筑科学家John Straube和Joseph Lstiburek(以及其他几位合著者)在一篇名为适用于所有气候区高性能住宅建筑的高r值围护结构2010年的论文由建筑科学公司(BSC)制作，并由建筑美国项目出版，其中包括一个经常被复制的表格，其中包含北美所有气候区的r值建议。正如预期的那样，气候带越冷，推荐的r值就越高(见下图)。
尽管BSC的这些建议被一些读者理解为适合于净零能耗家庭，但该论文的作者并没有这样说。Straube和Lstiburek并没有将表中的建议与净零能源住宅设计联系起来(尽管他们确实写道，他们的建议适用于那些“希望提供立即或将来可以使用可再生能源的新住宅”的人)。
PV的价格下降
尽管如此，一些阅读了2010年论文的净零建设者还是将BSC表中的r值建议作为信封设计的起点。然而，鉴于光伏组件价格的急剧下降，一些专家最近对这些r值建议提出了质疑。在这篇论文撰写后的七年中，美国住宅光伏系统的安装价格从大约…
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15个评论
我最喜欢的晨读
马丁，你总是以一种既有教育意义又有趣的方式提出重要问题。我期待着每一个新的博客条目，并通过阅读你对读者问题的回答来帮助自己度过难关。来到GBA一直是我一天中的一个亮点(尽管偶尔会阻碍我的生产力!)。多谢。
对Nick Van Kleeck的回应
尼克,
我喜欢研究和报道我的博客。我很高兴知道有些人喜欢读它们。谢谢。
还有，别忘了买一本我的书！
有意识或无意识……
.．.这些数字几乎足以让零碳计划变得相当简单，而且这个数组仍然适合这个房子(看看那个时代无数的零碳计划房子)，即使在今天，这对零碳计划来说也不算过分，就像这个帖子回应20中的蜡笔餐巾纸分析所显示的那样:
//www.slccoatings.com/community/forum/green-building-techniques/102259/cheapest-way-build-net-zero-house
在BA-1005发布后不久，我将其规格与几个现有的净零住宅进行了比较，并认为它是在许多气候条件下实现净零的一个很好的粗略指南，并鼓励人们将其作为一个明确的设计目标的起点。(我可能有点自责，把它说成是一本零碳排放指南，但它仍然是真实的。)但是，随着光伏发电变得越来越便宜和高效(=更少的屋顶房地产需要)，它可能会建造到一个更低的规格，并仍然达到那里，提供合理的能源使用模拟，以优化它的低能源使用。(BeOpt是你的朋友!https://beopt.nrel.gov/）
在“净零排放”被纳入规范的地方(从2020年开始，加州所有新住宅建设)，我们很快就会发现在更广泛的气候条件下，什么才是真正具有成本效益的。在德克萨斯州奥斯汀(2区)，Net Zero Ready已经是最低代码，他们一直在用2x6/R20墙，没有绝缘护套，其他组件几乎符合表中2区的建议。但我知道在3B区至少有一所“净零”房屋，也是用密集包装的纤维素2x6墙建造的。加州在全州范围内的强制要求将迫使房屋的建筑师和建筑商削尖铅笔，以找到真正的经济平衡所在。由于总日照的不同，即使在气候区域内，它也会有所不同，但即使光伏是免费的，它仍然必须适合于可用的屋顶区域进行光子种植。
奇怪的是，表中关于地下室墙壁/爬行空间墙壁隔热的建议已经成为IRC 2015中4C和5区的最低标准，但大多数其他组件仍有一段路要走。https://up.codes/viewer/general/int_residential_code_2015/chapter/11#N1102.1.2
分布式可再生能源对公用事业和公用事业商业模式的影响在某种程度上与净零能源是正交的，无论净零能源是否成为新的标准，都必须解决这个问题。中央发电机单向供电输配网的模式已经过时了。德国可再生能源深度渗透的问题，更多地与其缓慢增长的煤炭和核能船队的不灵活性有关，而不是可再生能源本身。虽然美国的一些区域电网也有这个问题，但大多数电网都有更灵活的联合循环天然气和大规模水力发电，以及比德国更好的输电网能力，可以在更广阔的区域内进口和出口电力。NREL的2016年屋顶太阳能光伏技术潜力调查显示，在一些州(甚至是一些新英格兰州)，现有的适合光伏发电的屋顶区域每年可以产生这些州所有电力消耗的50%以上。(见:http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65298.pdf)如果所有这些都建成了，无论如何也不会是净零，但峰值PV输出远远超过实时负载的时间会很多!
当广泛分布的小规模可再生能源达到成为配电网运营商问题的水平时，存储和自我消耗仍然有效，并且每天都在变得更加经济。在瓦胡岛的一些超额订阅的馈线上，它们已经达到饱和，当实时产量超过附近的实时负荷时，它们就会反馈到电网。现在，对于那些不愿意输出电力的人和简单的电网连接的人，新的光伏发电有不同的费率，在有反馈问题的社区，只允许自我消耗新的光伏发电。但是，优化自消费并网解决方案所需的光伏+电池+智能热水器+智能逆变器的成本已经比2010年的平均光伏安装成本更低，并且比从电网购买电力的成本更低(即使没有补贴)。到2025年，新英格兰、纽约和加州也将实现这一目标。
即使在低得多的部署级别，PV对电网的影响也是一个问题，但这是一个可解决的问题。加利福尼亚的独立电网运营商几年前就发现了这个问题，并根据其形状将每分钟的净负荷每日曲线图称为“鸭子曲线”。(在夏威夷，人们称之为“尼斯湖水怪曲线”)。但这是一个可以解决的问题，可以利用现有技术进行成本有效的管理(技术已经开始在受影响地区部署)。关于这个话题，你可以在这里找到一份不错的白皮书:
http://www.raponline.org/wp-content/uploads/2016/05/rap-lazar-teachingducktofly-2014-jan.pdf
纽约州正在彻底改写电力市场规则，以使转型更便宜、更容易、更公平，它可能成为美国其他地区的典范。目前，大多数光伏或电池所有者无法通过提供其分布式资源所能提供的峰值功率或频率和电压控制辅助服务来获得报酬，但当市场规则允许时，小规模光伏和储能的经济效益将会大大提高。在PJM电网地区，那些拥有智能热水器的人现在可以通过Mosiac Power等聚合器获得需求响应和辅助服务的报酬。报酬是适度的，但随着更多的光伏和储能进入电网，分布式资源的巨大规模将使大多数电网稳定问题得到解决。使用智能Wi-Fi恒温器和智能热水器的分布式需求响应正变得越来越普遍，如果市场开放，它足够便宜，可以迅速增长。美国联邦能源监管委员会第745号命令本质上规定，需求响应公司为其提供的服务支付与发电机相同的价格。它在法庭上被推迟了大约18个月，但最高法院使它成为任何跨越州界的电网的法律，而且它很快就会成为常态，即使在以前没有这些市场的地方。(ISO新英格兰需求响应计划规则仍在编写中，但将于2018年6月生效:https://www.iso-ne.com/markets-operations/markets/demand-resources）
向广泛分布的可再生能源转型将是最困难的，因为这些州的公用事业市场受到监管，大型的全州垄断公用事业公司拥有大部分的发电，因为中央发电机的沉没成本已经计入了公用事业费率。这与所谓的“解除管制”市场不同，在“解除管制”市场中，电力由独立的“商人”发电机提供，公用事业公司只拥有发电资产的一小部分(如果有的话)，并且不允许提高电力成本。这些公用事业公司不需要承担发电设备的资本成本。随着分布式光伏，然后是分布式光伏+存储，将低于电网零售费率，即将出现一场搁浅的发电资产海啸。对于垂直整合的公用事业公司来说，这是一个比“电线杆和电线”公用事业公司更严重的问题，因为股东实际上已经得到了投资回报的承诺，但不断减少的千瓦时销售将迫使利率上升，使自产自用更加经济。这被称为“公用事业死亡螺旋”，已经发生了——在德国的一些公用事业，澳大利亚的一些公用事业正处于死亡边缘。但有了这些煤矿的警示，监管机构和公用事业公司仍有时间做出回应。简单地让分布式光伏远离电网是行不通的——这充其量只是一种拖延战术，他们必须接受这一点。这列火车已经出站了，净零房与否。
回复Dana Dorsett
丹娜,
我很欣赏你关于电网是否能吸收更多PV的乐观预测，在这个问题上，我倾向于同意你而不是Lstiburek。(Joe Lstiburek暗示，对于房主来说，期望公用事业公司接受他们的光伏发电是愚蠢的，因为多余的电力对公用事业公司来说太难处理了)。
我怀疑，像佛蒙特州的绿山电力公司这样具有前瞻性的公用事业公司，会比乔治亚州和佛罗里达州那些埋头于沙子的公用事业公司，为即将到来的分布式电力革命做好更好的准备。我们将会看到。
不同的人，不同的……
.．.电网，规模，需求，邻居，沉没成本....
佐治亚电力公司及其母公司南方公司似乎比佛罗里达电力和照明公司面临更大的资产搁浅风险，但两者都很脆弱。未能按预算和进度执行新的Vogtle核电站使GP/Southern更加脆弱，尽管GA监管机构允许他们在计划完成前几年对一些Vogtle成本进行定价。现在看来，GA监管机构甚至可能不允许他们完成这个项目，因为承包商西屋电气(Westinghouse)已经破产，没有明确的成本或时间表来完成它，即使比最初的合同高出数十亿美元。GA电力公司的电力需求增长环境趋于平稳，而新的可再生能源目前的平均成本低于Vogtle公司的产出，即使成本限制在目前的支出水平。南方公司(Southern Company)也在考虑其肯珀(Kemper)“清洁煤”(现在只有天然气)碳封存项目的巨额成本超支，该项目创下了美国有史以来最昂贵发电来源的记录。密西西比州的监管机构不太可能允许这些巨大的成本转嫁到纳税人身上。这一切都是在分布式太阳能派对真正在那些阳光充足的州开始之前!(FPL之所以能避免类似的新核电建设，或许是因为监管机构不允许他们继续进行计划中的项目。)
绿山电力公司是佛蒙特州最大的公用事业公司，但它仍然很小，服务的人口仅为亚特兰大市人口的10%，或仅为迈阿密-戴德县人口的五分之一。较小的规模使他们在灵活性上占上风，而且他们没有巨大的沉没成本来偿还现有(或在建)的大型发电厂。更好的是，他们正在正面解决分布式资源问题，甚至正在参与分布式资产的部署。他们的首席执行官玛丽·鲍威尔(Mary Powell)是业内最先进的人之一，通过在转型早期与存储技术公司特斯拉(Tesla)达成交易，他们比大多数公司都更有可能在海啸中保持领先地位。鲍威尔最近在播客上的采访展示了这个(相对而言)微小的公用事业是多么的灵活和前瞻性:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/mary-powell-is-not-your-typical-utility-executive
由于与魁北克电网、NYISO电网以及更大的ISO-NE电网(他们所在的区域电网运营商)连接良好，而且规模相当小，即使其服务区域内的分布式资源不能很好地平衡，也没有足够的电网基础设施能够根据需要进口和出口电力。但是为了更好地服务于他们的客户群体，最好是他们处于领先地位，而且他们似乎胜任这项任务。邻近的马萨诸塞州已经实施了电网存储命令(今天刚刚公布了第一阶段的细节:http://www.utilitydive.com/news/massachusetts-targets-200-mwh-of-energy-storage-by-2020/446281/)也将有助于保持较低的成本平衡。随着MA在未来十年推出强制的离岸风力发电，它也将对VT的进口电力成本构成下行压力。
所以，是的，绿山电力处于一个伟大的位置，能够冲浪可再生能源海啸而不消灭!佛罗里达电力与照明公司和佐治亚电力公司将面临更加艰难的道路。
Lstiburek可以很好地研究萨克拉门托市政公用事业区如何处理分布式表后光伏和存储，将其从成本/负债转变为资产，以节省纳税人的钱。(从这里开始:https://sepapower.org/resource/beyond-meter-planning-distributed-energy-future-volume-ii/加州的监管环境仍然可以更新，以更好地利用表后资源(很可能会)，但公用事业或电网运营商是疯子才会接受住宅光伏的说法，只在老式的垂直整合垄断模式下是正确的，电网运营商的规则并不那么智能。纽约REV(能源改革愿景:https://rev.ny.gov/)是相似的。从老派中心到分布式资源模型的转变是一个巨大的难题，但如果监管和商业模型跟上步伐，这对每个人都有好处。电网不会变黑，公用事业公司也不会在财务上崩溃。如果公用事业公司坚决拒绝分布式电力，它们崩溃只是时间问题。到2030年，完全脱离电网或独立的微电网将成为经济上可行的解决方案，为更大、资金更充足的电力用户服务，正如目前澳大利亚的业务扩张:http://reneweconomy.com.au/victoria-agribusiness-turns-to-196mw-wind-farm-with-20mw-storage-79170/
忘掉表，运行
忘掉表格，根据你的情况计算数字。不要指望公用事业公司会为不可靠的光伏发电支付很多钱。再看看DWH以外的热存储(比电池便宜得多)。
我们在达拉斯的ZERH
我知道在达拉斯，为了在我们大部分5K+ sf的房子里实现zerh，我们正在安装2x6 @24英寸的o.c.墙壁，使用DP纤维素和1/2英寸-1英寸的绝缘材料，有条件或无条件的阁楼都是全R38，并且在1ACH50的信封密封和胶带方面做得非常好。我们添加了所有led和高效电器，以实现HERS 42-43无PV。我们可以以高出约3-5%的成本实现这一目标。
当业主安装PV时，我们使用SunPower327, 2kW/sf。通常这为我们提供了房子所需的85-90%的能源(通常包括游泳池和青少年)。我们总共花费了8-10%的额外费用。
如果你问我，我认为Joe的猜测非常好，我认为我们很好地证明了容易实现的ROI。
回复Jon R(评论#6)
乔恩,
我同意你的观点，电池很贵;要阅读我关于该主题的文章，请参见离网家庭用电池．
但我对你的建议感到困惑，“除了家用热水之外，还要考虑热存储(比电池便宜得多)”。
以下是我的反应:(a)将140华氏度的储存热量与储存的电能进行比较，就像将龙虾与蜘蛛进行比较一样。当你需要电的时候，温水是没用的。(b)我看过很多涉及大型隔热水箱的方案，但我从未见过一个有经济意义的方案。
回复Armando Cobo(评论#7)
阿曼德,
感谢你分享你在达拉斯的净零住宅的真实经验。恭喜你能以8%到10%的附加费实现净零排放。
正如John Straube所说，“光伏的价格令人震惊……如今，当我们谈论PV时，都是关于阵列的大小和美观，而不是价格。”
当你需要热量的时候
当你想从PV中获得热量或冷却时，它们是相似的。我最近简单地看了一下水热存储和电池的对比，前者的成本是前者的1/3，甚至考虑到额外的水热泵，这样所有的能量都可以在阳光明媚的时候被利用。如果你只需要为交流电储存热量，那么(正如达纳指出的那样)，冰更有意义(而且正在出售)。我想看看其他人对类似系统的分析——比如离网情况下的交流电或0.45美元/千瓦时。
看到这了解到在很大程度上，公用事业必须为最坏的情况(炎热的天气，太阳躲在云层后面等)建造电网，我得出的结论是，在大多数情况下，公用事业以超过0.07美元/千瓦时的价格购买住宅太阳能是没有意义的。政治会扭曲一些市场，但我不会指望一个净零的房子，光伏发电的净零美元。
加拿大国庆日快乐
敬Joe Lstiburek和John Straube。他们为国家所做的比我们大多数人都多。
加拿大日和水箱
也祝马尔科姆加拿大国庆日快乐。
我还没有见过对电网或光伏缓冲有经济意义的冷热水箱，但我看到的那些通常额定的压力和温度比热泵系统所需的高得多，所以我仍然乐观地认为，在某种程度上，将会有便宜的水箱和方法的组合，让房主通过与电网对话的适当控制，轻松地获取热存储的价值。
回复Jon R(评论#10)
乔恩,
我很欣赏你对装有pv的房主(由当地公用事业公司购买的电力)输入网的建议价格——每千瓦时7美分。平均来说，这可能是正确的。但是对电力没有“平均”需求。价格总是取决于(a)一天中的时间和(b)负载，所以使用时间定价结构对我来说是不可避免的。
一些研究表明，使用时间定价可能会改变我们安装光伏系统的方式。在许多地方，朝西的阵列将比朝南的阵列为光伏系统的所有者带来更多的收入，即使朝西的阵列每年产生的电量较少。
和你们一样，我也欢迎那些在独栋住宅中安装了大型水箱或制冰系统的房主或承包商提供的成本数据。我从未见过这样的安装成本数字显得合理。然而，这种系统对于大型机构或商业建筑来说是有意义的，尤其是在当地电价很高的情况下。
这并不难想出
利用使用时间/可中断电价(或太阳能)和大型非加压塑料罐(最高120F)，不难想出在水热存储方面提供良好回报的场景。另一方面，现代节能建筑的趋势(超级绝缘，非水循环系统，更好的热泵，没有地下室)可能会使它在典型情况下越来越不具有成本效益。
居住者健康和舒适的案例
建筑是一个系统，由于气候变化和能源成本的问题(由建筑科学公司完成的最低生命周期成本)，建筑围护结构和机械系统之间的关系驱动了我们的大部分决策，通常是最小化总成本和/或排放。这对居住者的健康和舒适有何影响?一般来说，我们只是假设这些超级绝缘、密封、热回收通风的建筑超出了任何最低要求。我并不是完全不同意这一点，尽管我确实觉得乘员健康和舒适似乎没有那么重要，而且有时这些问题需要时间才能出现。
我想把时间往前拨，到一个可能出现在我们面前的时代，那时建筑的能源是零排放的，这种能源的生命周期成本相对较低与建筑结构和材料的生命周期成本相比。在这种情况下，由于能源成本低，即使是与当今标准相比绝缘水平相对较低的墙壁也不会导致更高的生命周期成本。有了丰富、低成本的清洁能源，我们用什么来确定墙壁上的隔热材料的“正确”量呢?建筑物的HERS评级究竟意味着什么?在这种情况下，您的建筑围护结构/机械系统包提供的居住者健康和舒适度将成为衡量建筑成功与否的更好标准。为此，建筑科学应该更好地将居住者的健康和舒适与建筑围护结构/机械系统包连接起来。未来可能会有类似HERS的居住者健康和舒适评级。更好的是，一个包括居住者健康和舒适因素的整体建筑评级。
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