#能源建模和集成设计是充分利用家庭的关键

＃

当Curt和Melissa聘请Wagner Zaun建筑事务所为他们的家庭设计新房子时，他们有一个明确的目标:建造一个耐用、适应性强的房子，使用尽可能少的能源，对当地和全球环境的影响尽可能小。设计师Rachel Wagner很早就引入了节能技术公司的能源顾问Michael LeBeau，以尽可能综合的方式帮助实现项目目标。两位专业人士之间的合作历史，加上各自公司对可持续发展的坚定承诺，以及他们在节能住宅计算机建模方面的经验，为他们的工作做好了充分的准备。他们的最终方案是将一个高度绝缘的外壳与被动和主动太阳能加热结合起来。

充分利用网站

狭窄的山坡和苏必利尔湖的居高临下的视野提供了一个不太理想的太阳能方向，使被动式太阳能设计复杂化。幸运的是，倾斜的场地也为房屋的低层提供了庇护。该团队小心翼翼地以综合、彻底的方式处理了整个场地和建筑设计，制定了整体的场地平面图、屋顶形式和建筑朝向，这样来自陡峭的市中心地段的雨水径流就不会成为其他人的问题。

能量建模有回报

设计团队首先使用一个名为REM: design的有用软件包对潜在的建筑组件进行建模，但随后转向新收购的被动式房屋研究所软件(PHPP)来进一步开发设计。在最终的能源模型中，该房屋没有完全达到被动式房屋的供暖标准(每年15千瓦时/平方米——在极端寒冷的气候中很难达到这个基准)。施工后，风机门试验结果为0.7(电子邮件保护)Pa，一个非常紧凑的房子，但也刚刚超过被动式房子的气密性要求0.6 ACH @ 50 Pa。尽管如此，被动式房屋的方法和软件为团队提供了一个非常详细和可量化的方法来改进设计。

据估计，该住宅的最终设计比仅按代码建造的同类住宅节省了75%的能源，从家庭能源消耗中收集的初始数据表明，能源模型是准确的。

多买一次保温材料，每天节约能源

双2×4墙包含14英寸。空腔r值为53的致密纤维素。屋顶上有超过两英尺的吹制纤维素板下有一英尺的XPS泡沫。有了这么多隔热材料，窗户必然是热障中最薄弱的一环，但有了三层玻璃，两层低辐射涂层，以及隔热玻璃纤维框架，它们的工作做得很不错。此外，朝南的大窗户让阳光倾泻到13英尺高的混凝土墙上，这堵墙可以在晚上储存热量，并在需要时将其辐射回房子里。

能源系统在整体设计时工作最好

虽然房子的大部分热量来自被动式太阳能设计，但也有一个主动太阳能热系统，可以加热一个80加仑的家用水箱，然后再转到一个275加仑的空间加热储水箱。当地建筑规范要求饮用水采用双壁热交换器，这促使Conservation Technologies设计了双水箱系统。一个高效的调节燃气热水器支撑了一切，但到目前为止，这个家庭的大部分生活热水需求都由太阳能热系统满足。

大水箱中的出水管将热水通过一楼板上的辐射管输送到两个主要通风供应(HRV)管道之一的水-空气热交换器。热交换器(来自太阳能储存罐)只加热住宅上层的管道系统，因为地面层由辐射板热量负责。通过住宅通风管道分配热量的概念在欧洲被动式住宅项目中很流行，但最近北美和北欧的经验表明，在非常寒冷的气候条件下，峰值负荷供暖要求与新风通风所需的典型低空气流量之间存在不匹配。

整个机械系统很难描述(见示意图)，但操作起来不需要特别努力。能源顾问Michael LeBeau评论道:“这是集成设计的一个非凡的例子。”根据第一年的能源数据，这座房子的效率实际上比明尼苏达州的普通家庭高出80%。迈克尔希望安装一个多传感器能源记录系统，以更好地研究和微调暖通空调和水加热组件。

验证结果和让结果发生一样困难

可持续建筑的最大挑战之一是衡量成功。幸运的是，承包商花了额外的时间，以更常规的方式对建造同一栋房子进行了成本比较。溢价估计在17%左右——考虑到与之相伴的长期节能，这是一项不错的投资。

经验教训

由于其13英尺高，13英尺宽的混凝土内墙用于热质量，被动式太阳能设计效果非常好。正如瑞秋·瓦格纳所说:“在寒冷的1月的晚上7点，温度在-7华氏度左右，进入房子，发现房子在70华氏度，没有热源运行，热墙仍然因为白天的太阳能而温暖。这是一件美丽的事情。”1月和2月阳光充足，辐射热很少使用，柴炉也很少使用。

为了通过通风系统分配热量，决定安装比通风所需的更大的HRV。从这个项目和其他研究中，设计团队决定在未来的项目中专注于更简单、更小的基于辐射的加热方法，保持机械通风系统的独立。

一般规格及团队

地点:	德卢斯、锰
卧室:	3.
卫生间:	2
生活空间:	2660

建造者:J和R桑德伯格
架构师/设计师:Wagner Zaun建筑
工程师:Krech Ojard工程师(结构)
顾问:节能技术(机械系统设计、建筑能源建模、建筑性能、技术细节和监督)

建设

基础:8-in ICF。倒墙;4。XPS外保温(R-40);5。厚板超过12英寸。XPS (R-60)

墙:2x4, 16英寸。o.c。14。深刻全面;一半处于。外部OSB护套，1/2-in。室内石膏墙板填充密包纤维素绝缘(R-53)

屋顶:26日在。带连续排气槽的深平行弦桁架;24-1/2—深吹纤维素(R-88)

窗口:三窗格，氩气填充绝缘玻璃纤维框架，热垫片，low-e2;SHGC: .5(南)，.3其他地方;u因子:.19(南部)，.17(其他地区)

车库:附2车，连续空气屏障

-Rob Wotzak是GreenBuildingAdvisor.com的助理编辑

能源

• 地面回火闭环对通风空气进行预热或预冷;300英尺长的含乙二醇溶液的PEX管道在地下循环，然后通过热交换器来回火进来的新鲜空气
• 荧光灯和LED照明
• 太阳能热生活热水和空间采暖
• 被动太阳热
• 非常紧密，超级绝缘的建筑围护结构

能源规格

加热/冷却:真空管太阳能收集系统(Sunda) 275加仑。绝缘槽;符合美国环境保护署(epa)标准的木质火炉，配有专用的燃烧空气通道(4,000美元);燃气高木公司的备用供暖设备;无空调
水加热:与80加仑加热系统相同。坦克
年能耗:19.4百万英热单位(预计);40mmbtu(实际)

水效率

• 双冲水，壁挂式厕所
• 低流量水龙头
• 屋顶雨水收集桶
• 堆叠式浴室非常靠近机械室

室内空气质素

• 全屋HRV
• 没有地毯

绿色材料与资源效率

• 主层铺设竹地板
• 底层水基混凝土污渍
• 纤维素绝缘
• 竖缝金属顶板