Ensisijaisten järjestelmien rooli LEED-ohjelman nollaenergiatavoitteiden tukemisessa

LEED Zero -energiasertifioinnin saavuttaminen edustaa kestävän rakentamisen suorituskyvyn huippua. Tämä tiukka standardi edellyttää, että rakennukset tuottavat yhtä paljon energiaa uusiutuvista lähteistä kuin ne kuluttavat yli 12 kuukauden ajan. Suunnittelustrategiat, asukkaiden käyttäytyminen ja materiaalivalinnat kaikki vaikuttavat, minkä tahansa nollaenergiarakennuksen selkäranka on sen ensisijaisissa järjestelmissä. Nämä ovat keskeisiä mekaanisia, sähkö- ja rakennekomponentteja, jotka määräävät, miten energiaa käytetään, hallitaan ja tuotetaan. Näiden järjestelmien valinta-, koko-, integrointi- ja optimointi on olennaisen tärkeää projektiryhmille, jotka pyrkivät LEED Zero -energiavalidointiin.

Yhdysvaltain Green Building Councilin (USGBC) hallinnoima LEED Zero -energiasertifiointi perustuu olemassa olevaan LEED-luokitusjärjestelmään. Se vaatii vähintään kaksi vuotta jatkuvaa energiatehokkuutta koskevaa tietoa, joka osoittaa nettonollaenergialähteen käytön. Tämä tarkoittaa sitä, että primaarijärjestelmien on oltava tehokkaita yksilöllisesti ja että ne toimivat saumattomasti yhdessä minimoidakseen kuormitukset ja maksimoidakseen paikan päällä tapahtuvan uusiutuvan energiantuotannon. Tämä artikkeli laajentaa jokaista kriittistä primaarijärjestelmää, hahmottelee integraatiostrategioita, käsittelee reaalimaailman etuja ja korostaa yhteisiä sudenkuoppia välttääkseen.

Rakennussuunnittelun perusjärjestelmien ymmärtäminen

Erityiset järjestelmät[ ovat rakennuksen tärkeimmät energiaa kuluttavat ja energiaa tuottavat komponentit. Ne eroavat sekundaarisista järjestelmistä (kuten pistokekuormat tai hissit), sillä ne ovat ympäristön kannalta suoraan tai tuottavat uusiutuvaa energiaa.

  • Lämmitys, ilmanvaihto ja ilmastointi (HVAC)[ . .................................................................................................................................................................................................................................
  • Valaistus[ ... tyypillisesti toiseksi suurin kuorma, mutta voimakkaasti ohjaimet ja päivänvalo vaikuttavat.
  • Uudennettavat energiajärjestelmät[ .
  • Rakennuskuori[ .
  • Energiavarasto ja -hallinta[ .

Nämä järjestelmät ovat toisistaan riippuvaisia. Esimerkiksi korkeatehoinen rakennuksen kuoren vähentää LVI-laitteiden kokoa ja energian vetoa, mikä puolestaan vähentää uusiutuvan energian järjestelmän tarvittavaa kapasiteettia. Samoin hallintaantureihin sidotut automaattiset valaistusohjaimet voivat vähentää jäähdytyskuormaa vähentämällä sisäistä lämmönnousua. Siksi holistinen ymmärrys ensiöjärjestelmän vuorovaikutuksesta on ratkaisevan tärkeää LEED Zero Energy -järjestelmän menestykselle.

Keskeiset ensisijaiset järjestelmät, jotka tukevat LEED-nostoenergiaa

Korkean suorituskyvyn LVI-järjestelmät

LVI-järjestelmien osuus on 40-60 prosenttia tyypillisten liikerakennusten rakennusenergian kokonaiskulutuksesta. LEED Zero Energy -hankkeissa suunnittelijoiden on mentävä paljon koodin minimivarusteiden ulkopuolelle.

  • Geoterminen lämpöpumppu (GHP):[ Nämä järjestelmät käyttävät maapallon vakaata lämpötilaa tarjotakseen erittäin korkealla suorituskertoimella (COP 4.0.06.0). GHP vähentää sähkönkulutusta 30%.
  • Värittävät jäähdytysnesteen virtausjärjestelmät:[ VRF mahdollistaa samanaikaisen lämmityksen ja jäähdytyksen eri alueilla, lämmön talteenoton alueilla, jotka tarvitsevat jäähdytystä ja sen suuntaamista lämmittämistä tarvitseville alueille. Tämä vähentää merkittävästi kokonaiskompressorienergiaa.
  • Energian talteenottoilmanvaihtolaitteet (ERV):[] ERVS-laitteet ottavat lämmön ja kosteuden pakokaasuilmasta ennakko-olosuhteisiin saapuvaan raitiseen ilmaan ja leikkaavat ilmanvaihtoilman kunnossa tarvitseman energian.
  • Ohjatut ulkoilmajärjestelmät (DOAS):[] Ilmanvaihtoilman erottaminen lämpökäsittelysilmukasta mahdollistaa jokaisen järjestelmän toiminnan huipputehokkuudella. DRV:n avulla DOAS on nollaenergiamallien niitti.

Yhtä tärkeitä ovat ohjausstrategiat. Kysyntäohjattu ilmanvaihto (DCV) säätää ulkoilman sisäänottoa reaaliaikaisten CO2-tasojen perusteella, kun taas taloustieteilijät tuovat ilmaisjäähdytystä, kun ulkoolosuhteet ovat suotuisat. Kaikki LVI-komponentit tulisi sitoa rakennuksen keskusautomaatiojärjestelmään (BAS), jotta ne voivat optimoida jatkuvasti.

Edistyneet valaistusjärjestelmät

Valaistuskuormat ovat laskeneet dramaattisesti LEDien laajan käyttöönoton myötä. LEED-nimettömän energian saavuttaminen vaatii kuitenkin enemmän kuin tehokkaita kalusteita.

  • Daylight Sadonkorjuu:[ Valosensorit hämärtävät tai sammuttavat sähkövalot, kun riittävä päivänvalo on käytettävissä. Avoin toimistot voivat vähentää valaistusenergiaa 20%.
  • Asuminen ja vapaa-aika Anturit:[] Nämä sensorit sammuttavat valot miehittämättömissä tiloissa. BAS-järjestelmän avulla voidaan suunnitella ja hallita aluetasoa.
  • Task/Ambient Lighting:[] Tarjoamalla alemman ympäristön valotasoja (esim. 30.40 jalkakynttilää) säädettävällä työpistevalaistusjärjestelmällä vähentää yleistä tehoa ja parantaa matkustajien tyytyväisyyttä.
  • High-Efficacy Luminaires:[ Valitsemalla kalusteet, joiden teho on yli 150 lumenia/watti, on nyt mahdollista. Hallintalaitteet, kuten jatkuva himmentäminen, vähentävät edelleen energian käyttöä.

Valaistus vaikuttaa myös jäähdytyskuormiin. Ledit tuottavat vähemmän lämpöä kuin hehkuvat tai loisteputket, mikä alentaa suoraan LVI-kysyntää. Nollaenergiarakennuksissa valaistusjärjestelmä on suunniteltu matalatehoiseksi, erittäin hallittavaksi järjestelmäksi, joka täydentää LVI-strategiaa.

Uusiutuvan energian järjestelmät

Uusiutuvan energian tuotanto paikan päällä on LEED Zero Energyn vaatimus. Yleisin vaihtoehto on katto- tai maalla oleva aurinkosähkö (PV) -järjestelmä. Jotta voitaisiin saavuttaa nettonollaluku, uusiutuvan energian järjestelmän on kompensoitava vuotuinen kokonaisenergiankulutus.

  • Koko:[ Aurinkopaneelikapasiteetti on laskettava historiallisten säätietojen, rakennusenergiamallien ja odotettujen hyötysuhteen menetysten (varjostus, invertterin hyötysuhde, hajoaminen) perusteella. Vähintään 5...10 kW 1000 neliöjalkaa kohti on tyypillinen, mutta jokainen hanke vaatii yksityiskohtaisen analyysin.
  • Ortentaatio ja kallistus:[] etelään suunnattujen rakenteiden kallistuskulmassa, joka vastaa leveyspiirin suurinta vuosituotantoa. Itä- ja länsisuuntaukset voivat tarjota paremman kuorman yhteensovittamisen rakennuksille, joissa on aamu- ja iltahuippuja.
  • Integraatio varastointiin:[ Akun varastointi mahdollistaa ylimääräisen sukupolven päivisin käyttää yöllä, parantaa rakennuksen omakulutussuhdetta. Lämpövarasto (esim. jäähdytetyt vesisäiliöt) voi myös siirtää kuormitusta.
  • Vaihtoehtoinen uusiutuva energia:[ Tuuliturbiinit, aurinkolämpö lämmittää lämmintä kotitaloutta tai geoterminen vaihto voi täydentää tai korvata PV:tä, jos laitosolosuhteet ovat suotuisat.

USGBC edellyttää, että uusiutuvaa energiaa tuotetaan rakennuksen jalanjäljellä tai paikan päällä projektin rajojen sisällä. Sivustojen ulkopuoliset ostot tai offset-suoritukset eivät ole tukikelpoisia LEED Zero Energy -sertifioinnissa. Tämä tekee tarkan PV-koon ja integroinnin muihin primaarijärjestelmiin kriittiseksi.

Rakennuskuoren suorituskyky

Rakennuskuori on ensimmäinen linja puolustus vastaan lämmönnousua ja häviötä. Jopa tehokkain LVI-järjestelmä ei voi voittaa vuotava, huonosti eristetty kirjekuori. LEED Zero Energy, kirjekuori on suunniteltu minimoimaan lämpö sillan ja ilman soluttautuminen.

  • Jatkuva eristys:[ Rakennekehyksen ulkopuolen eristyksen asentaminen poistaa lämpösiltoja naulojen ja joistien avulla. R-arvot R-20-R-40 seinälle ja R-40-R-60 katoille ovat yleisiä nollaenergiasuunnittelussa.
  • High-Performance Windows:[] Kolminkertaisesti lasitetut, matalalla päällystettyt ikkunat, joissa on argon tai krypton täytettävä, saavuttavat U-arvot alle 0,25 Btu/h·ft2·°F. Shading laitteet (ulkokaihtimet, ylihihnot) ohjata auringon lämmönnousua.
  • Ilmatiiviys:[] Puhaltimen ovitestien pitäisi saavuttaa vuotonopeus alle 0,15 kuutiometriä/ft2 75 pa:ssa. Kaikkien läpiviennien, nivelten ja siirtymien sulkeminen on välttämätöntä.
  • Cool Katot ja vihreät katot:[ Heijastava katto vähentää lämpösaaren vaikutusta ja vähentää jäähdytyskuormia. Vihreät katot tarjoavat lisähyötyjä eristykseen ja myrskyveden hallintaan.

Optimoitu kirjekuori vähentää LVI-kapasiteettia, mikä puolestaan pienentää uusiutuvan energian järjestelmän kokoa ja kustannuksia. Tämä hyveellinen sykli on kustannustehokkaan nollaenergiasuunnittelun tunnusmerkki.

Energian varastointi- ja hallintajärjestelmät

Erittäin tehokkailla primaarijärjestelmillä ja paikan päällä tapahtuvalla tuotannolla pyritään hallitsemaan energiantuotannon ja kulutuksen välistä aikaeroa. Akut, lämpövarastot ja älykkäät ohjausjärjestelmät auttavat saavuttamaan nettonollan tunti-, päivä- ja kausitasolla. Esimerkiksi:

  • Litium-ion-akkujärjestelmät[ varastoivat liikaa aurinkoenergiaa käytettäväksi iltahuippujen tai pilvisten päivien aikana.
  • Jäähdytetty vesi tai jäävarasto[ siirtää jäähdytyskuormat pois päältä -tunteihin, vähentää kysyntämaksuja ja mahdollistaa jäähdytyslaitteen kulumisen yöllä, kun ympäristön lämpötila on alhaisempi (tehokkuuden lisääminen).