图片来源:零能源项目
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电脑能源模型是一个重要的元素的建筑设计高性能的房子,因为它允许设计师来预测建筑物的能效基于特定的网站特点、结构装配,机械效率和可再生能源技术。通过调整建筑性能的这些元素,设计师可以选择最具成本效益的结合特性。虽然模型是预测——因此永远不会完全准确熟练的使用建模工具应导致更实惠,节能建筑。
这使得两个问题。多么重要的是能源建模成本有效地设计零能耗住宅?如何准确是能源建模?
现在比以往任何时候都更
几十年来,高性能建筑设计的咒语是削减的能量用于两大建筑负荷:空间加热和水加热。如果这些努力成功,更少的能量需要购买或生成的现场。
减负荷时仍然是一个重要的设计目标,价格急剧下降的屋顶太阳能电力系统创建了一个新的设计问题:什么是壳之间的最优平衡措施(绝缘和密封墙壁、窗户、天花板等),高效的机械设备,和现场可再生能源系统?然而,有四个因素在不同的项目和地区发挥作用的国家,让回答问题更复杂:
根据直觉做出判断,而是能量模型提供设计师定量,具体项目的反馈和指导。
大多数住宅不能利用这个工具和依赖,相反,在建筑规范作为唯一能源性能的基准。甚至大多数第三方认证计划,如能源之星,零能耗住宅做好准备,居住建筑的挑战,和地球的优势,只使用能源建模程序合规,而不是作为一个迭代设计工具来找到最划算的节能和可再生能源的措施对于一个给定的项目。
设计师和能源顾问可以解锁的价值建模作为一种设计工具,建模的不同组合与能源相关的特性,看哪个组合收益率最低成本的最佳性能。如果你的目标是构建一个负担得起的零能耗,能源模型是一个重要的规划智能决策的工具需要设计一个具有成本效益的建筑。
建模项目
有很多能源建模项目可供选择。自电脑永远不可能精确地预测利用不同的假设正确,我决定使用两个不同的建模程序和比较他们的结果和实际的能源使用我自己的家。
我选择快速眼动/速度、软件常用的能源之星和许多实用程序,和一个免费的在线计算器由构建Equinox零。给我一个机会去探索这比较选项设计零能耗住宅更成本有效的基于这两个模型的信息。
回家的零功率939平方英尺的居住空间,建于2015年。超绝热,密封,使用minisplit热泵加热和冷却。热水是由热泵热水器。屋顶上有一个4.3千瓦的光伏系统。我的家是在气候区5约有7000加热程度。为了得到最一致的结果从两个项目,我都使用相同的输入模型。
第一个图表显示的结果相比,每个能量模型的实际能源消耗我的家。
如何建模比较现实?
无论是项目密切预测家在这两年的表现。构建Equinox零能源消耗预测,37%以上的实际,在REM /率的数量更高。这并不奇怪。每年提供一个广泛不同的天气模式。举例来说,2016年是相对温和,而2017年初零度以下,约30英寸的降雪,完全覆盖了太阳能电池板几个星期。
计算机模型工作与长期平均的天气,所以他们不能将匹配任何两年的快照。更复杂的是,气候变化可能会改变的速度比预测。
此外,无论是计算机模型可以预测居民实际的能源利用模式。对于我的家人,我们可能更节俭的使用能源的“平均”家庭认为在这些模型中,这可能在一定程度上占两个模型高估了我们实际的能源使用情况。的模型,一个设计师或顾问肯定会想要一个保守的方法。好于预期的业绩就意味着额外的能量,这可能有助于电动汽车或电动设备。
的两个项目,构建Equinox零接近实际预测总体性能在我们的案例中。预估掉进了正能量范畴,匹配我们的家庭能源使用的现实,而雷/率更为保守和预测,家里不会达到零功率水平的性能。
为什么不计划非常接近现实?要回答这个问题,它有助于深入研究更详细的报告。
净能量是通过太阳能电池板-产生的总能量使用。一个负数意味着场景不达到零能量,而一个正数意味着家庭比它使用会产生更多的能量。
是学到了什么
虽然每个能量模型结果略有不同,两种模型都显示出一个重要的事实住宅能源消耗在这个家里。插电负荷所消耗的能量,灯光,和家电小矮人空间加热、制冷和加热水。这并不奇怪,因为这个家包括高度绝缘和air-sealed热信封以及高效热泵热水器和能量回收通风(ERV)系统。
在设计我的家,像大多数零能源项目,热的效率信封,水加热和照明是有针对性的。所以,下一步在改善能源效率在家里和我将专注于电器和插电负荷。事实上,研究表明,有线电视盒,游戏机,大屏幕,和其他电子产品正在一个大的家庭能源每年派。
因为选择电器和插电负荷管理不是一般的控制下设计师或工程师,解决这一挑战的一种设计方案将包括一个家庭能源管理系统在零能耗住宅。
研究结果还表明另一种方法。屋顶太阳能系统的价格迅速下降,这将是明智的体重增加太阳能的成本与其他节能措施的成本。在某种程度上,添加一些更多的光伏电池板可能比建筑更厚的墙壁,便宜买超高效的窗户,或者安装能源管理系统。当然,太阳能电力系统可能会超过成本的限制。太阳能屋顶暴露和可用区域也必须加以考虑。在这里,一个能量模型可以帮助平衡各种设计问题。
建模项目比较如何
类别的空间加热,水加热,和光伏生产,所使用的两个模型相当密切的协议。计算这些参数的方法是建立,所以协议的水平是有意义的。
一个数字,跳的比较表,然而,在冷却的区别是能量。快速眼动/率估计9倍比构建Equinox零消耗冷却。比例非常高的时候,千瓦小时的绝对数量很低由于几乎无关紧要的冷却需求在这个位置。
REM /率的估计接近现实在太阳能发电预测只有5%千瓦时比实际上是非常接近5767千瓦时,太阳能承包商估计我的太阳能生产。
如前所述,插电负荷的分类,灯,电器表示到目前为止最大的能源使用。快速眼动/率预测比建造更多的能量用于这类26% Equinox零。这种差异可能是因为每个程序所使用的假设。
而能源消费总量在这两个模型本身和两国之间存在着显著的差异模型和实绩,几乎所有的这些差异可以归因于灯,电子产品和家用电器的范畴。虽然百分比差异似乎很高,两个项目为设计决策提供有用的信息。
进化模型
现场蓄电池和电动汽车进入市场。下一个发展步骤对能源建模软件应该将这些技术集成到他们的计算。太阳能的紧密集成、存储和运输,以及常用的节能措施,将基本达到零能源/零碳在住宅领域。
随着势头日益房地产行业零能源新建筑,建筑成本效益的零能耗住宅是至关重要的。能源建模将是实现这一目标的关键一步。根据我比较实际的能源使用与这两种不同的建模系统在我家,建模程序选择可能比使用能源的做法不太重要的建模以迭代方式来优化性能和零能耗住宅负担能力。
这篇文章最初发表在零能源项目。
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16条评论
其他软件吗?
所以我想知道这两个建模程序,快速眼动/率和构建Equinox零,比较BEOpt等项目并EnergyPlus吗?布鲁斯,你有你的实际加热能源使用信息比较你的供热负荷的预测模型吗?
我用BEOpt模型我们即将到来的构建和它肯定会很高兴知道程序打捞筒实际能源消耗67% !
一件事关于BEOpt谜题我是设备负载大小。每小时冷负荷模型中可见DView (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,项目建议两吨单位超过24000 Btu /人力资源?有人有什么见解呢?
兰斯•彼得斯
太阳热收益
在多大程度上这些建模项目因素通过windows太阳能得热吗?我知道PHIUS,“帘研究”需要帮助量化信息。如果这些收益是省略了REM /速度,等等,我认为这将有助于估计高于实际使用。
>……达到零
>……达到零能源/零碳在住宅领域。
零能源和零碳是完全不同的东西。我专注于后者和治疗前者是无关紧要的。
乔恩·R
好的。似乎是一个伟大的
乔恩·R
好的。似乎是一个伟大的观点。但我们该怎么做呢?
零碳排放
一个好的开始是停止谈论“零能耗”。和开始更新工具占碳(即使现在,我们常常不得不简化和假设一些固定碳/千瓦时)。
乔恩·R反应
乔恩,
有太多的不确定因素在当前方法的碳会计,我是一个怀疑论者的讨论是否“零碳”是有用的。在大多数情况下,它不是。
更多的讨论:由建筑行业碳排放。
Wwith供应商的选择可以是零碳/千瓦时@ Jon_R
在许多“脱钩”电力交付和能源供应是分开的,和地方税纳税人有权代理合同与特定的供应商或电力。我目前在1年期合同100%风能通过代理,价格低于标准提供通过我的效用。(我之前做过3年合同100%可再生能源也在成本略低于标准的混合工具在这段时间,价格已飙升由于天然气管道的限制从2014年极地漩涡周和严重依赖天然气解雇代峰和基载电力网格在ISO新英格兰地区)。
所以一些碳核算方法固定碳/千瓦时常数为零,让我所有的用电零碳。
其他碳核算方法甚至接近零碳,鉴于我接上了ISO-NE网格,在大约一半的Twh运送每年在输电网中碳燃料来源。准实时混合得到每5分钟更新一次,但不包括在米光伏出口到电网,只有效用尺度光伏输出(电网运营商可以“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
里克,我使用PHPP和
瑞克,我使用PHPP BeOpt。BeOpt确实包含了一些控制太阳能获得——PHPP水平不及,但相当不错。
我同意Jon零碳是非常重要的——这是一个体现能源和操作。如果你可以零能源和减少蕴藏能量,这是一个好的开始在研究和技术赶上让零碳一样容易今天是零能耗。
> 100%的合同
>合同100%的可再生能源
我也这样做——这是一个很好的/绿的事情——比许多东西会提高能源效率或降低净千瓦时使用。
附近的邻居正在建设一个零能耗的房子。邻居B是建立一个代码最低全电动的房子和将支付100%的净可再生功利性权力。这是绿色的邻居吗?
零碳排放
感谢乔恩·R指出零能耗、零碳是不同的东西。
只是把太阳放在家里不让它零碳。重要的是网格以小时计的组合是什么。看到这是一个好方法的系统可视化卡尔ISO网格(加州电网在大多数):http://www.caiso.com/TodaysOutlook/Pages/emissions.aspx。你可以看到排放变化的一天。一个典型的住宅电气使用概要文件的峰值在早上和晚上没有太多可用太阳能能力。这意味着更少的可再生能源供应和更多的气体/化石组合,意义整体网格排放单位能源很容易在这些时间的两倍。认真考虑排放,你想用满满当当的排放因子。有一些计算这些完成和正在进行的项目,例如:https://catalog.data.gov/dataset/hourly-energy-emission-factors-for-electricity-generation-in-the-united-states。
作为一个普通的例子,说一个典型的家庭使用75%的能源在早上和晚上排放速率时的平均二氧化碳250克/千瓦时,白天它25%的能源,当发射率的平均二氧化碳150克/千瓦时,并产生100%的能源白天当网格排放速率平均二氧化碳150克/千瓦时。如果家里使用一天10千瓦时,这意味着总排放量(0.75 * 10千瓦时*二氧化碳250克/千瓦时)+(0.25 * 10千瓦时*二氧化碳150克/千瓦时)= 2.25公斤二氧化碳,-(1 * 10千瓦时*二氧化碳150克/千瓦时)PV抵消= 1.5公斤二氧化碳,总共0.75公斤二氧化碳。所以你站点能源消耗减少了100%,但只有67%的碳排放量。
理想情况下,您想设计你的家,这样电使用概要文件与太阳能光伏生产尽可能多的,即使使用电池或智能控制您的热水器等移动电使用太阳能/最低排放高峰小时。网格的一个大型太阳能光伏的百分比,它甚至可能有意义如果你是在一个时段关税和关心东方你的电池板面向西方,以抵消排放更多的更高的排放网格混合在当天晚些时候。
应对乔恩·R(评论# 9)
乔恩,
Q。“零能耗家附近的邻居正在建设一个。邻居B是建立一个代码最低全电动的房子和将支付100%的净可再生功利性权力。这是绿色的邻居?”
答: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。
许多观察家,公用事业项目的销售给顾客的“100%可再生能源”是基于会计欺诈程序技巧。如果您的实用程序告诉你你所有的能源来自太阳能和风能,无风的晚上和你的房子需要电力,该实用程序会提供你所产生的电力是化石燃料的工厂,因为太阳并不闪烁,没风的。
如果你是一个环保主义者想要减少二氧化碳排放,过简朴的生活在一个小,节能的房子或者公寓,并使用尽可能少的能量。安装一个安装光伏系统(如果你拥有你头上的屋顶)可能是一个好主意。
这也是一个好主意是卑微的。我建议环保人士避免拥有像“我的生活方式是碳中性”或“我的房子是net-zero-carbon。”Unless you are living in a small off-grid village in Africa, your lifestyle probably isn't carbon-neutral.
>欺诈…你所有的
>欺诈…你所有的能源来自太阳能和风能,在无风的晚上和你的房子需要电力
我同意,但是请注意,零能耗住宅遭受同样的问题(尽管使用清晰的术语)。
我不认为跟踪使用能源和排放的因素是困难的,但它确实需要一些工具的更新。和更多的意识到它的重要性。
选择100%的可再生能源设施
虽然从技术上讲,能源使用一个无风的夜晚可能来自化石燃料(甚至tho你从实用程序指定的100%可再生能源),该实用程序将从可再生能源整体获得更多的权力,因此它有助于选择可再生能源选择的效用。
没有这样一个无风的夜晚。@马丁
电力经纪人销售100%风不绑定到一个特定的风电场在特定位置——他们从众多的交易ppa风电场(一些全国性的)。风总是吹的地方,就像太阳总是闪亮的地方,甚至在美国。但太阳能或风能设施在关岛到你家圣托马斯可能有点困难,是吗?:-)
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。
马有“绿色”选择的权力是通过购买实用程序(通常在一个标记的标准混合产品),但也有第三方供应商的选择(我一直做什么),合同是通过电代理(国家监管机构审查),这是一个竞争激烈的市场,它往往能击败标准组合定价。通过法规实用程序不允许标记成本电力购买发电机——他们必须通过成本,和不允许长期电力购买合同,但必须征求他们的投标供应每6(?)个月。电力经纪人没有这些约束,甚至100%可再生能源通常是低于标准的混合提供的实用程序(更不用说标准混合价格+绿色cost-adder)。比较购物的状态甚至运营一个网站:
http://www.energyswitchma.gov/ /
例如邮政编码01803(我的办公室是哪里)的标准混合能源法案的部分是12.888¢/千瓦时,但有多个100%可再生能源供应商出售固定期限合同价格低至10.600¢/千瓦时(6月合同),和大多数(但不是全部)打标准的公用事业价格即使在1年或3年合同:
http://www.energyswitchma.gov/ / / 2/1/01803进行比较
请注意,阅读是很重要的合同细节,经常有取消费用和自动re-subscription不明价格在学期的结束,导致相当多的粗心的滥用。该公司之前我做了3年的合同在12.99美分都大幅取消费用和自动更新,除非一个采取行动的最后任期退出。汽车更新的新改进的率是17.99美分,150美元的取消费用。仅一个月的新合同+取消会消灭任何储蓄以上前3年。有一些运动发生在州总检察长办公室将限制这种滥用,还误导IMHO()建议去掉选择第三方电力销售。这种类型的业务可以由状态(这可能需要收紧。)
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。这些东西随状态(很多),没有单一的模式零售电力销售监管使用,显然YMMV。
应对Dana多赛特
丹娜,
年复一年,我们正接近未来的“风总是吹的地方。”But we're not there yet.
同时,像你报告”,认为风在北达科他州夜间加热是一个电动全家在缅因州在缅因州一晚当它平静不仅仅是一段。”
是的,这是进化非常快!@马丁
一些输电线路项目运输大量的风东中西部的到来,以及其他输电线路从谷物带向东南,勾搭TVA地区输电网格。
建立更多的输电线路基础设施是否更具成本效益比海上风力新英格兰是一个悬而未决的问题。现在也不是很便宜,但是风两位数的学习曲线。马在租赁区域风总是吹,它仅仅是一个多么困难的问题。估计的玛莎葡萄园岛南部的风电场运营~ 60%容量因素可能是过于保守,迅速从技术仍在不断发展之中,同比增长能力因素以及成本同比下降。当前测试的一些类的10 mw风力涡轮机了苏格兰(他们“仅仅”8.8 mw,实际上)产生尽可能多的权力在一个旋转的平均一天房子在英国使用,,预计将减少quantum-step权力从海上风电的成本逐步降低。马州规定海上风电项目仍在投标阶段,甚至可能会在远低于最激进的成本估计是3年前讨论。
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