Redefining Building Performance: The Zero Energy Ready Standard

הסביבה הבנויה מהווה כמעט 40% מפליטת הפחמן הקשורה לאנרגיה העולמית.בתגובה, התגלתה מדד ביצועים חדש: Zero Energy Ready (ZER) עיצוב.סטנדרט זה עובר מעבר לתוכניות בנייה ירוקות טיפוסיות על ידי כך שנדרש בניין להיות כל כך יעיל עד שכל צרכי האנרגיה הנותרים יכולים להיפגש על ידי אנרגיה מתחדשת באתר, בדרך כלל בניין אנרגיה סולארית מוכן אפס הוא לא בהכרח אפס נטו ביום אחד, אבל הוא מהנדס זה כבר עכשיו כדי להשיג את דרישות הנכס מחדש.

משרד האנרגיה האמריקאי (באנגלית: United States Department of Energy'sFLT:0Zero Energy Ready Home Program) מספק מפרט קפדני, בעוד שעמיתים מסחריים עוקבים אחר מדד ביצועי האנרגיה של FLT:2Zero Energy Performance Index (zEPI)FLT 3.

עקרונות הליבה של Zero Energy Ready Design

תכנון עבור Zero Energy Ready דורש שינוי מציות קוד מרשם לגישה משולבת, מבוססת ביצועים.כל מערכת בבניין חייבת להיות אופטימיזציה בקונצרט.העקרונות הבאים חלים הן על פרויקטים למגורים והן על פרויקטים מסחריים, אם כי ביצוע משתנה בקנה מידה ושימוש בסוג.

סופר-נובה: קו ההגנה הראשון

לפני הוספת לוחות סולאריים או משאבות חום, המעטפת הבניין חייבת להיות משופרת באופן דרסטי.זה אומר בידוד מתמשך, משולש-pane או ביצועים כפולים ביצועים כפולים, ואת חותם האוויר כי משיג פחות מ- 2.0 שינויים אוויריים לשעה ב 50 פסקלים (ACH50) לבתים, ובאופן הדוק יחסית לבניינים מסחריים.

השמש וההארה

מיקום בוהק וזווית אינם לאחר שחלונות דרום-הצפופים מודים בשמש חורף סבך נמוך, בעוד overhangs לחסום חום קיץ. בבניינים מסחריים, קצירת אור היום יכולה לקצץ אנרגיה תאורה ב 40% או יותר. בשילוב עם מדפים בעלי ביצועים גבוהים ומדפים קלים, עיצוב פסיבי מצמצם את ההסתמכות על מערכות מכניות. גישה זו גם משפרת נוחות הדיירים ורווחה טובה.

שקיפות עם וידוי מבוקר

בניין אווירינט הוא חיוני ליעילות אנרגיה, אבל זה חייב להיות מוזג עם אוורור מכני מאוזן שמשחזר חום (HRV) או אנרגיה (ERV) מערכות אלה ברציפות להחליף אוויר מקורה עם אוויר חיצוני מסונן תוך לכידת עד 85% של האנרגיה מהזרם הממצה.

מערכות מכניות בעלות יעילות גבוהה

מיזוג חלל, חימום מים ואוורור מייצגים את השימושים הגדולים ביותר של אנרגיה קצה. Zero Energy Ready עיצובים לציין משאבות חום הן חימום והן קירור (מקור אוויר או קוד קרקע), תנורי מים זורמים חום ומערכות הפצה יעילות גבוהה עם דליפת דוקטר מינימלית.בבניינים מסחריים, מערכות קירור משתנה (VRF), מערכות אוויר ייעודיות (DOAS), ורדיו-Fremoreatives/reremereicrecooling הם כלי שרת נפוצים עם כל כך עם חשמל.

חידוש אנרגיה

גם אם לוחות סולאריים אינם מותקנים באופן מיידי, הבניין חייב להיות "משתוקק" זה דורש קונדוט שמור מן הפאנל החשמלי אל הגג, גג מחוזק מבני עם יכולת עומס נאותה, שטח גג דרומית קדמית (או שטח קרקעי), ואזור המיועד למנעטרם ולאחסון סוללות.עבור מבנים מסחריים, קצבאות מבניות עבור גגות PV ותשתית טעינה עתידית כלולים.

עיצוב עבור Zero Energy Ready Homes

עיצוב מגורים Zero אנרגיה מוכן מתמקדת affordability ושכפול.המשרד האמריקני לאנרגיה מציג רשימה מכסה המעטפה, מערכת דוקטר, חימום מים, תאורה ומכשירים.כאן הם החלטות עיצוב מפתח עבור בתים.

  • (FLT:0)Compact Formeur: 1FLT) צמצם את שטח פני השטח החיצוני יחסית לאזור הרצפה. מלבן פשוט עם מגרש גג צנוע מצמצם הפסדי חום ועלות בנייה.
  • (ב) ⁇ :0) , מתקדם: 1FLT (הראשונה) השתמש בהנדסה ערך אופטימלית (של) כדי להפחית את השימוש בשומן ואת התכה תרמית.זה מגביר את מרחב הכובד ל בידוד ולהפחית פסולת חומרית.
  • (FLT:0) ,Insulation Strategy: FLT:1 ציין בידוד חיצוני קשיח מתמשך (למשל, פוליסו, XPS, או צמר מינרלים) בשילוב עם צלולוז ארוז או ריסוס צפוף בכבדות. Aim for R-40+ קירות ו R-60+ תקרה באקלים קר.
  • (FLT:0)Window Selection: 1FLT:1 משולש-pane, חלונות מלאים בארגון עם U-factor מתחת 0.20 ו-SHGC הותאמו לחלונות קבועים, שם ניתן להפחית את ההסתננות.
  • (ב) ויקרא:א): "החלב מים" (ה') "התקן את משאבת חום ENERGY STAR" מים חמים בחלל מותנה; הוא גם משמיד ומקרר את האזור שמסביב.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ בתוך מובנים: ⁇ ⁇ 1 (ה) רוץ כל הדוכסים בתוך הגבול התרמית כדי לחסל את ההפסדים הדליפה.
  • (FLT:0) חכם ה-thermostat ו- Monitoring:FreaLT:1) כולל תרמוסטט בעל תוכנית ומערכת ניהול אנרגיה ביתית שעוקבת אחר דור וצריכה בזמן אמת.

מקרה מחקר: ייצור הטמעה

בשנת 2022, בונה ייצור בצפון מערב האוקיינוס השקט השיג את אישור DOE Zero Energy מוכן על בית חווה 2,400 רגל2.העיצוב כלל עטלפים צמר R-21 מינרלים עם R-7.5 חיצוני מתמשך, חלונות משולשים, 3 טון קר-קליד חום משאבת חום, ו 45-amp PV-ready subpanel, עלות מלאה עלות מינימלית של 5%, בעוד ש-9,000 דולר, לעומת זאת, ו-מנת יתר עלהמחירו של צריכת האנרגיה ה-מנת יתר עלהמחירים, כך שדווח על ידי דגם ה-ידי דגם ה-41 דולר, הוא גבוה יותר.

פתרונות עיצוב אנרגיה של Zero Energy Building Design

מבנים מסחריים מציגים אתגרים ייחודיים: עומסים פנימיים גדולים יותר, אזורי HVAC מורכבים, ותכניות דיקור מגוונות.אך מבנים מסחריים בעלי ביצועים גבוהים רבים השיגו תפעול אנרגיה של אפס.אסטרטגיות הם מנוהלים היטב על ידי ה-FLT:0 מבנים חדשים מכון אפס אנרגיה מסד נתונים FLT:1.

עיצוב משולב Charrette

פרויקטים מוצלחים של ZER מתחילים עם ששר עיצוב אינטנסיבי הכולל אדריכלים, מהנדסים, מודלים אנרגיה ובעלי.הקבוצה משתמשת במודל אנרגיה כדי להשוות חלופות עיצוב וייעל את הבניין כמערכת.תהליך זה יכול להפחית את העלות הראשונה על ידי חיסול יכולת מכנית מיותרת.

High-Performance Glazing and Shading

מערכות הקיר של וילונות חייבות להיות מפורטות בקפידה: חום סולארי נמוך מרוויח coefficient (SHGC ⁇ 0.25) עבור אקלים חם, בוהק דינמי עבור אקלים מעורב, ועיוורים ממונעים חיצוניים להגיב למצב השמש. פנטסטיישן צריך להיות מוגבל ל-40% משטח הקיר כדי להימנע מהתחממות יתר וזוהר.

מערכות אוויר חיצוניות ייעודיות (DOAS)

דרישות ventilation מסחריות גבוהות.A עם התאוששות אנרגיה מספק אוויר חיצוני מותנה מראש, ventilation decoupling ממיזוג חלל.זה מאפשר משאבות חום קטנות יותר או יחידות VRF כדי להתמודד רק עומסים הגיוניים. בשילוב עם אוורור מבוקר הביקוש (co2 חיישנים), אנרגיה מעריצה ניתן לחתוך עד 30%.

רדיאנט הייטינג ו- Cooling

לוחות רדיאנט או תקרה פועלים בטמפרטורות מים קלות (60-95 °F), הממקסימות את יעילות משאבת החום.המסה הrmal בסלאב ניתן להשתמש עבור שינוי עומס: לפני-קול בלילה באמצעות חשמל זול מחוץ לפסאק. אסטרטגיה זו היא זוגות טוב עם דור סולארי באתר.

באתר Renewable Energy and Storage

PV בעל גג הוא המקור הנפוץ ביותר, אבל בניית פוטו-וולטאיקים (BIPV), מגרשי חניה, ומערךים קרקעיים משמשים גם.אחסון סוללה הוא יותר ויותר יעיל עבור מבנים מסחריים העומדים בפני שיעורי שימוש בזמן או חיובים ביקוש. כלל טיפוסי של אצבע עבור מסחר באפס נטו: 10-15 קילוואט של 1000 רגל רבוע של שטח ממוזג (באמצעות יעילות ואקלים).

בקרה חכמה ואוטומציה

מערכות ניהול בנייה (BMS) משלבות כעת למידת מכונה כדי להתאים לוח זמנים, נקודות, וציוד ממריצים. בבניין מסחרי מוכן אפס אנרגיה, BMS לפקח על הדור PV, מצב הסוללה של מטען, דו-חמצני פנים, ותפוסה בחדר.זה יכול גם לשפוך עומסים לא קריטיים במהלך שיאי רשת או כאשר פלט סולארי טיפות.

יתרונות כלכליים וסביבתיים

המקרה העסקי של עיצוב Zero Energy Ready התחזק ככל שעלויות הבנייה מייצבות ומחירי האנרגיה עולים.

חיסכון בעלויות

בעוד עלויות מעלה עשויות להיות גבוהות יותר מ- 5-15% מבניית קוד-מינימיום, חיסכון באנרגיה מחזור חיים בדרך כלל מחלים את הפרמיה בתוך 3-8 שנים (עבור מגורים) ו-6-12 שנים (מסחר) עם משכנתא של 30 שנים או הלוואה מסחרית, הערך הנוכחי הנקי הוא חיובי להפליא.לדוגמה, בית אפס אנרגיה מוכן שעולה יותר מ-12,000 דולר כדי לבנות דולר,800 דולר בשנה בחשבונות שירות, תשואה פשוטה של 7 שנים.

השפעה סביבתית

בית מוכן בגודל של 2,000 רגל2 Zero אנרגיה, מונע 5-7 טון של CO2 בשנה בהשוואה לבית שנבנה קוד. מעל 30 שנה, זה שווה ערך ל- 30 מכוניות מהכביש.בניינים מסחריים עם עומסים פנימיים גבוהים יכולים להשיג אפילו פחתות גדולות יותר, במיוחד כאשר בשילוב עם רכש אנרגיה מתחדשת.

עמידות ובריאות

אירועי מזג אוויר קיצוניים גדלים. Zero Energy Ready מבנים עם אחסון סולארי וסוללה באתר יכולים לשמור על עומסים קריטיים במהלך הפסקות רשת.הם מספקים גם איכות אוויר פנימית גבוהה באמצעות סינון, אוורור מתמשך וחומרים רעילים נמוכים.זה מקטין את הנימוק בהגדרות מסחריות ומשפר את הנוחות.

תוכניות הסמכה וסטנדרטים

כמה תוכניות לאשר את מצב המוכנות של Zero Energy.המצב הבולט ביותר הוא:

  • (FLT:0)DOE Zero Energy Ready Home (ZERH): ההרחבה הראשונה דורשת עמידה בבית מוסמך ENERGY STAR® V3.1, בתוספת אמצעים נוספים למוכנות השמש, יעילות המים ו-V מקורה של PLUS.
  • (FLT:0) העברת המכון (PHI) / Phiusteau:FLT 1:1 Ultra-low Energy Building, אשר לעתים קרובות להשיג אפס אנרגיה כאשר מתווספים מחדש. PHI הסמכה היא מחמירה יותר על המעטפה ואווירה.
  • (FLT:0) הסמכת בניין אנרגיה של חברת Zero Energy Building Certification (NZEB) של ILFI:FLT:1 הסמכה בינלאומית ל- Zero Energy של המכון העולמי לאנרגיה של מכון החיים דורש ביצועים של אפס רשת בפועל מעל 12 חודשים רצופים.
  • (FLT:0)ASHRAE 189.1: FIRLT:1 , תקן עבור בניינים ירוקים בעלי ביצועים גבוהים כולל מסלול אפס אנרגיה עבור פרויקטים מסחריים.

(FLT:0) לתשומת לב: פרויקטים מוכנים של Zero Energy אינם נדרשים להוכיח את פעולת האפס הנקי.הם רק צריכים להפגין מוכנות ומודלים.רבים משתמשים בזה כאבן מזרזת לקראת אישורי אפס רשת מלאה.

אתגרים ומלכודות נפוצות

למרות היתרונות ברורים, כמה מכשולים נמשכים:

מחיר ראשון

רבים מהמבנים והמפתחים מתנגדים להשקעות הראשוניות גבוהות יותר, גם כאשר ROI הוא חיובי, לחנך את המלווים ואת ההערכות לגבי חיסכון באנרגיה הוא חיוני.חלק מהרשויות השיפוטיות מציעות בונוסים צפיפות או היתרים לבניינים ZER.

חוזים אימונים Gap

בנייה אווירית, זינוק מתקדם, ומתקן משאבת חום דורש מיומנויות מיוחדות.אימוץ רחב תלוי תוכניות הכשרה כוח העבודה.שותף עם מכללות מקומיות ואגודות סחר יכול לבנות יכולת.

התנהגות בלתי נמנעת

אפילו בניין ZER מעוצב באופן מושלם יכול להיכשל אם הדיירים פותחים חלונות באופן מוגזם, בקרות יתר, או לא מצליחים לשמור על מערכות. ממשקים ידידותיים למשתמש וחומרי חינוך הם קריטיים. תרמוסטטים חכמים הלומדים דפוסים לעזור לגשר על הפער.

אינטראקציה גריידית

בניינים מוכנים ל-Net-zero, אשר ייצוא אנרגיה עשוי להתמודד עם אתגרים הקשורים לתועלת.קצבי שימוש בזמן או מכסי מזון יכולים להשפיע על יכולת כלכלית.אחסון בסוללות יכול להקטין את זה, אך מוסיף עלויות.

מגמות עתידיות ב- Zero Energy Ready Design

התנועה מאיצה עד 2025, כמה מגמות מפתח מעצבות את השוק:

  • (FLT:0) המנדטים: FLT:1, מדינות וערים רבים אוסרים על גז טבעי בבנייה חדשה, מה שהופך את כל האנרגיה של אפס אנרגיה מוכן לתכנן ברירת המחדל.
  • (FLT:0) שילוב פחמן מוטבע: FLT:1 הגבול הבא הוא צמצום פחמן בחומרים (התרגיל, פלדה, בידוד) בטון נמוך פחמן, עץ המוני, ו בידוד ממוחזר הופכים למילינסטרים.
  • (FLT:0) אינטגרציה גרידוק: 1FLT) מבני בניין יהפכו למשתתפים פעילים ברשת, תוך שימוש בסימנים של תמחור בזמן אמת כדי לחייב סוללות, עומסי שינוי ולמכור אנרגיה בחזרה.
  • (FLT:0)Modular and Panelized Construction:FreaLT:1) לוחות המעטפות שנבנו במפעל עם בידוד משולב וחלונות יכולים להשיג איכות גבוהה יותר ועלויות נמוכות יותר מאשר אסיפות בנויות שדה.
  • (FLT:0) Paths for Commercial:Figal:1 קודים כמו 2024 IECC הם כולל אפס נספחים אנרגיה אשר מפשטים את עמידה על סוגי בנייה משותפים.

מסקנה

תכנון עבור Zero Energy Ready Homes ובניינים מסחריים כבר לא תרגול ניסיוני נישה.זה אסטרטגיה מוכחת, עלות-חסכונית המספקת הטבות מיידיות: חשבונות שירות נמוכים יותר, סביבות מקורה בריא יותר, ונתיב ברור לניטרליות פחמן. על ידי קביעת ביצועי המעטפה, מערכות יעילות ומוכנות סולארית, תעשיית הבנייה יכולה להפוך אפס אנרגיה להשקעות הרגילות החדשות.