מבוא: הדחף הגדל של בניין האנרגיה של Net-Zero

בעוד הקהילה העולמית מגבירה את מאמצי הלחימה בשינוי האקלים, הסביבה הבנויה - אחראית כמעט 40% מפליטת הפחמן הקשורה לאנרגיה - נמצאת תחת פיקוח גובר והולך.FLT:0LEED Zero Energy CertificationFLT:1, שהוצגה על ידי U.S. Green Building Council (GBC), מייצגת ציון משנה: בניין שיוצר אנרגיה רבה ככל שהוא צורב מעל 12 אסטרטגיות מתקדמות של ניהול אנרגיה, אשר משמשות את תחומי עניין מתקדמים של מערכות ניהול אנרגיה.

השגת אנרגיית אפס נטו אינה רק על הוספת לוחות סולאריים למבנה קונבנציונלי.זה דורש חשיבה יסודית של איך אנרגיה נצרכת, מבוזרת, ומיוצרת - החל בלב מכני של הבניין: חימום, אוורור, מיזוג אוויר (HVAC), צנרת, ומערכות חשמל.העיצוב מכני חייב להיות משולב הדוק עם המעטפה, תאורה, אנרגיה מתחדשת כדי ליצור מערכת אקולוגית מאוזנת, כדי לענות על דרישות חיוניות.

הבנה של אישור אנרגיה LEED Zero: Beyond Energy Efficiency

(הופנה מהדף LEED Zero Energy) הוא חלק מתוכנית ה- LEED Zero, הכוללת גם אישורים ל- Zero Carbon, Zero Water, ו- Zero Waste. to Profit Zero Energy Certification, בניין חייב להשיג הסמכה עצמאית (בכל רמה) ולאחר מכן להפגין ביצועים של אנרגיה אפסית נטו נמדדים נגד ה-FLT:0EFLT:1nergyFLT:2ULTFals 3GIGNILO) חייב להיות מחובר לחלוטין (Val) ל-Finticials)

הסמכה זו הולכת מעבר ליעילות התפעולית; היא דורשת תיעוד של ביצועים בפועל במשך 12 חודשים רצופים לפחות. למערכות מכניות יש לתכנן לא רק עבור יעילות, אלא גם עבור FLT:0.10.10.10.10.10.10.10 שלבים מכניים חייבים להיות מעוצבים לא רק עבור יעילות, אלא גם עבור כל קילוגרם של אנרגיה המשמש משאבות, אוהדים, דחוסים, ולשלוט על מנת להיות אחראי על מנת ליצור צוות אנרגיה מתחדשת, כדי לספק מומחים, כדי לספק צוות אנרגיה, כדי לספק צוות יעיל של אנרגיה, כדי לספק צוות פעולה עם מהנדסים, כדי לספק צוות יעיל של אנרגיה, כדי לספק צוות מקצועי, כדי לספק צוות מקצועי של אנרגיה, כדי לספק צוות מקצועי של מהנדסים, כדי לספק צוות מקצועי של אנרגיה, כדי לספק צוות מקצועי, כדי לספק צוות מקצועי של אנרגיה, עם צוות מקצועי, עם צוות מקצועי של צוות מקצועי של צוות עם צוות עם צוות מקצועי, עם צוות מקצועי, עם מהנדסים, כדי לספק צוות מקצועי, עם צוות מקצועי, כדי לספק צוות מקצועי של צוות מקצועי, עם צוות מקצועי, עם צוות מקצועי של צוות מקצועי של צוות מקצועי, כדי לספק צוות מקצועי, כדי לספק צוות של אנרגיה, כדי לספק צוות עם צוות של אנרגיה מתחדשת, כדי לספק צוות של אנרגיה מתחדשת, כדי לספק צוות של צוות יעיל של אנרגיה, כדי

עקרונות הליבה של עיצוב מערכת מכונות עבור Net-Zero אנרגיה

עיצוב המערכת המכנית לבניית בניין אנרגיה LEED Zero מודרך על ידי היררכיה של אסטרטגיות:0reduce עומסים ראשון, ואז לעמוד בעומסים שנותרו ביעילות, ולבסוף לספק את האיזון עם מתחדשיםFLT:1.

1 מינימלית את המטענים הירומליים באמצעות אופטימיזציה של Envelope

(הקלוואט היעיל ביותר) הוא זה שלא השתמש מעולם.מעטפות בנייה ביצועים גבוהים - עם בידוד מתמשך, מחזורי משולש, בנייה אווירית ופרטי הפסקה תרמיים - יכול ללטף עומסי חימום וקירור ב-50% או יותר בהשוואה לעיצובים של Code-minimum. מהנדסים מכניים צריכים לעבוד עם מומחים קטנים כדי לצבור חום והפסד באמצעות כלים כמו LT:0Enerirginergine, או יותר מאשר 3.

בחר Ultra-Efficient HVAC ציוד ומערכות

ברגע שהעומסים מופחתים, המערכת המכנית חייבת לפעול ביעילות שיא.כמה טכנולוגיות HVAC מתקדמות מתאימים במיוחד לבניינים של אפס רשת:

  • (FLT:0) מערכות Refrigerant Flow (VRF)vysFLT:1 - מערכות מבוססות חום אלה יכולות לחמם ולקרר אזורים שונים, לשחזר חום מאזורים להיות קרירים לאזורים אספקה זקוקים לחום.עם יחסי יעילות אנרגיה עונתיים (SEER) מעל 20 והתחממות גורמי ביצועים עונתיים (HSPF) מעל 10, מערכות VRF להפחית צריכת אנרגיה באופן דרסטי בהשוואה למכוניות רתומות או קונבנציונאליות.
  • (FLT:0) מערכות אוויר חיצוניות (DOAS) עם אנרגיה שיקום ונווטציה (ERV)BuildFLT:1 - הרחבה נפרדת מהמיזוג התרמי.DoAS מביאה אוויר חיצוני מותנה מראש (באמצעות גלגל חום / אנרגיה) כדי לעמוד בדרישות אוויריות טריות, בעוד לוחות קורנים או יחידות של מאווררים להתמודד עם עומסים רגישים.
  • (FLT:0)Gethermal Heat Pumps FLT:1) - משאבות חום מקור קרקע ממינוף הטמפרטורה היציבה של כדור הארץ כדי להשיג COPs של 4-6, מה שהופך אותם יעילים מאוד עבור חימום וקירור. כאשר בשילוב עם מעטפה ביצועים גבוהים, מערכת גיאותרמית יכולה לענות כמעט כל הצרכים התרמיים עם צריכת חשמל מינימלית.
  • (FLT:0)Radiant Heating and CoolingFearLT:1) - מערכות הידרוניק משובצות בקומות, תקרה או קירות משתמשים במים כדי להעביר אנרגיה ביעילות. כי מים יכולים לשאת יותר אנרגיה נפח יחידות מאשר אוויר, מערכות קורנות דורשות פחות אנרגיה דלה, וניתן לשלב עם משאבות חום זמניות חום נמוכות או אספנים סולאריים.

כל אחת מהטכנולוגיות הללו חייבת להיות מוערכת בקפידה נגד האקלים, בניית סוג, וצפיפות של הדיירים, כדי להבטיח שהמערכת שנבחרה מספקת את היעילות השנתית הגבוהה ביותר האפשרית.

Integrate Smart Controls and Building Automation Systems (BAS)

בניין אפס נטו לא יכול להשיג את מטרתו ללא בקרה אינטליגנטית כי באופן מתמיד אופטימיזציה ביצועים. BAS מודרני צריך לכלול:

  • (FLT:0) אוורור מבוקר מבוקר-ד'ר (Demand-controlationalationFLT:1) - חיישנים (CO2, דיקור, לחות) להתאים את זרימת האוויר בחוץ בזמן אמת, תוך הימנעות מחשיפה יתר.
  • (FLT:0)Zone-level טמפרטורה ו- דיקור משוב (Clockancy משוב) 1 (DLCFLT:1) - תרמוסטטים חכמים וחיישנים דיקור מאפשרים למערכת להפחית את המיזוג בחללים שאינם עסוקים.
  • (FLT:0) אלגוריתמים מועדים (PredictiveאלגוריתמיםFLT:1) - דגמי Machine-learning יכולים לצפות בדפוסי מזג אוויר, רווח סולארי, ודיקור לאזורים לפני-קול או לפני-חום באמצעות תקופות בעלות נמוכה.
  • (FLT:0) ניהול קפדני של פעולות המערכת (למשל מהירות המעריצים, יעילות צמרנית, לחץ סטטי דקרק) מזהיר מנהלי המתקן לסטיות שיכולות להגביר את השימוש באנרגיה.

שילוב של בקרות אלה עם מערכת האנרגיה המתחדשת הוא קריטי.לדוגמה, BAS יכול להיות מתוכנן לשפוך עומסים לא קריטיים במהלך שעות השמש שיא כאשר פלטה השמש היא הגדולה ביותר, או לאחסן אנרגיה תרמית (באמצעות מים קרירים או אחסון קרח) כאשר חשמל ממתחדשים בשפע.

4.התנדבו על-ידי אתר מחדש של אנרגיה

בעוד שמערכות מכניות בדרך כלל אינן מייצרות חשמל ישירות, הן חייבות להיות מתוכננות לעבוד בצורה חלקה עם שיקולים של אתרי התחדשות.

  • (FLT:0) עומס אלקטורי תואם את ה-FLT:1 - ציוד מכני בעל יעילות גבוהה צריך להיות מתוכנן לפעול בשעות היום (כאשר PV סולארית מייצרת) שבו אפשרי, מצמצם אחסון סוללות ותלות רשת.
  • (ב) אינטגרציה:0Gethermal עם PVFLT:1 - משאבות חום גיאותרמית משתמשות חשמל; oversizing מערך PV כדי לכסות את צריכת משאבת החום היא גישה נפוצה.
  • (ב) ,0) ,כרמי מים חמים חמים ביתי (FLT:1 ), מים טרום חימום עם אספנים תרמיים סולאריים מפחית את העומס על תנורי מים חמים או מערכות התנגדות חשמליות.
  • (FLT:0) טורבינות ווינדוד (Wind טורבינות) 1 - במקומות מתאימים, טורבינות רוח קטנות יכולות להשלים שמש, אם כי הם דורשים ניתוח מבני ואקוסטי זהיר עבור מערכות מכניות.

עבור LEED Zero Energy הסמכה, האנרגיה המתחדשת חייבת להיווצר באתר (או באמצעות סידור סולארי מחוץ לאתר תחת הנחיות קפדניות). מעצבים מכניים חייבים לספק תחזיות מדויקות של צריכת אנרגיה מעצב אנרגיה מתחדשת כדי להבטיח שמערכת הדור תהיה בגודל תקין.

אסטרטגיות עיצוב מקיף עבור מערכות מכניות

מעבר לבחירת ציוד, הפריסה, ייעוד ושילוב של מערכות מכניות בביקוש לבניית אפס נטו אסטרטגיות הוליסטיות. להלן הן גישות מפתח הוכיחו מוצלח בפרויקטים מוסמכים.

שימוש ב-Integrated Energy Modelling

(הופנה מהדף הדוגמנות של אנרגיה בשלב מוקדם אינו אופציונלי – זהו עמוד השדרה של עיצוב אפס נטו.שימוש בכלים כגון FLT:0OpenStudioofFLT:1, FLT:2IES-VEFLT 3: או FLT:4BuilderDesignerFLT:5, מהנדסים יכולים לדמות מאות של חומרים עיצוב כדי למצוא את השילוב האופטימלי של מעטפה, HACulation עוזר גם על מנת לשפר את רמת הרגישות פנימית (ה) ו-Hoculation (האפקטים) על פני מידת הרגישות גבוהה יותר מאשר על פני הפחתת משקל (ה) ואפקטים).

עיצוב גמישות ו Scalability

בניינים של אפס נטו אינם סטטיים; הם חייבים להתאים לקידום טכנולוגיות עתידיות, שינויים דיקור ושינויי אקלים. מערכות מכניות צריך להיות מתוכנן עם מודולריות בראש:

  • שילינג-מים ולוויות תפוצה מים חמים שניתן להרחיב לאזורים חדשים ללא פיזור משמעותי.
  • יכולת ספויילר בלוחות חשמליים ו conduit עבור משאבות חום נוספות או ERVs.
  • דרישות לאחסון סוללות עתידי או תשתיות טעינה לרכב חשמלי, אשר יכולות אינטראקציה עם מערכת ניהול האנרגיה של הבניין.
  • גישה קלה לשליטה וחיישנים לשיפורים לפלטפורמות BAS מתקדמות יותר.

נציבות ומדיעה ומדאמפ; ואיחוד (M&V)

LEED Zero Energy דורש ביצועים מתועדות לפחות שנה אחת.תהליך גיוס חזק (Cx) כולל עמלות משופרות - מבטיח כי כל המערכות פועלות כמתוכנן.FLT:0Measurement & Verification (M&V)מחישות בדיקות מהירות או דחיסות של מערכת הפעלה מחדש של VR), המציין מראש היכן ממטרי אנרגיה, נתונים ו-Diggers יותקנו תחזיות של רכיבי HAC אמיתיים (R).

אתגרים ושיקולים ב- Net-Zero Mechanical Design

למרות היתרונות ברורים, תכנון מערכות מכניות עבור LEED Zero אנרגיה מציג כמה מכשולים הדורשים הפחתה זהירה.

עלויות ראשונות גבוהות יותר וגדרות פיננסיות

(הציוד HVAC, לולאות גיאותרמיות, בקרה מתקדמת ומד נרחב יכול להגדיל את עלויות התחזוקה ב 10%-20% בהשוואה לשיטות קונבנציונליות, ניתוח עלות מחזור חיים לעתים קרובות מגלה תקופות של 5-10 שנים בשל חשבונות שירות נמוך באופן דרמטי, פרויקטים רבים מתקפלים בעלויות הראשוניות באמצעות תמריצים פדרליים, החזרי פרויקטים, מענקי בנייה ירוקה (למשל, חסכון מסחרי) עבור עלויות תשלום מס חסכון גבוה יותר (FLT) עבור עלויות חשמל חשמליות (IFLT) או חסכון מסחרי (DLC) (DLC) (DLCFLT2GIRECT) חסכון מסחרי (DLC) חסכון גבוה יותר) חסכון גבוה יותר) חסכון גבוה יותר (DLCDLC) חסכון גבוה יותר) חסכון נמוך יותר (DEFIFLTIFLTIFLT) חסכון גבוה יותר) חסכון גבוה יותר (DLC) חסכון גבוה יותר) חסכון גבוה יותר (בדרך כלל)

דרישות שיתוף פעולה בין-תחומי

שום משמעת בודדת לא יכולה לספק בניין אפס רשת לבד.המהנדס המכני חייב לתאם עם האדריכל על פרטים מעטפים, עם מהנדס חשמל על שילוב מתחדש, עם מהנדס מבני על עומסי ציוד (במיוחד יחידות גיאות או גג כבדות), ועם אדריכל הנוף על אוריינטציה פאנל סולארי ופירוק תקשורת יכול להוביל לצמרנים גדולים יותר או לוחות סולאריים מוצבים בצורה גרועה.

התנהגות יעילה וטענות Plugs

מערכות מכניות יכולות להיות יעילות מאוד, אבל אם הדיירים מביאים עומסי תקע באנרגיה גבוהה (למשל מקררים אישיים, תנורי חלל, אלקטרוניקה בעוצמה גבוהה) או לא מצליחים להשתמש בהגדרות יעילות אנרגיה, ניתן לשבש את מאזן האפס הנקי.

  • הגבלת עומסי תקע באמצעות רצועות כוח חכמות וחיישנים דיקור.
  • חינוך דיירים על התנהגות מצילת אנרגיה.
  • כולל חיץ במערכת האנרגיה המתחדשת כדי להסביר התנהגות של הדיירים המשתנים.
  • תכנון מערכת HVAC להיות גמיש - ניתן לשמור על נוחות גם אם עומסי תקע גבוהים יותר מאשר צפוי.

כמה מבני אפס נטו מעסיקים "חוזה ביצועים" עם הדיירים הכוללים תקציבי אנרגיה ועונשים על מגבלות גבוהות יותר.

ביצועי אקלים - Dependent Performance

מערכת שעובדת היטב באקלים ממוזג עשויה לחדור למצב קר או לחות קיצוני.לדוגמה, משאבות חום של מקור אוויר לאבד יעילות מתחת להקפאת, הדורש חום גיבוי (לעתים קרובות התנגדות חשמלית) שיכולה לסכן את מצב האפס הנקי.באקלים כזה, מערכות גיאותרמיות או משאבות חום היברידיות (עם גיבוי גז) הן אמינות יותר, באקלים לחות, קירור חייב להיות עם תרחישים של מזג אוויריים ואקליםיים (אם) כדי לשקול שימוש בטמפרטורות).

דוגמאות: דוגמאות אמיתיות בעולם של Net-Zero Mechanical Design

בחינת פרויקטים מוסמכים מספקת תובנות חשובות אסטרטגיות יעילות.

מרכז בוליט (Seattle, Washington)

לעתים קרובות נקרא הבניין המסחרי הירוק ביותר בעולם, מרכז בוליט השיג הסמכה של בניית חיים (אנרגיה חיובי) וכולל חידושים מכניים רבים: משאבה חום גיאותרמית עם 26 נחירות, לוחות קורנים, קיר מסך ביצועים גבוה, ומערכת השמש של 242kW גג 242 כבר בשימוש ventilation טבעי כאשר תנאים, עם חלונות אוטומטיים ו- BAS אופטימיזציה של תקן השמש של 30 שנים מתחת ל-Bate, הוא ממוצע של תקן השמש של האיחוד האירופי.

המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מחקר תמיכה ב-Golden, קולורדו

בניין משרדים זה 360,000-sf השיג אנרגיה אפסית נטו באמצעות היברידית של אסטרטגיות: אספני השמש transpired אספן אוויר טרום התחממות התחממות , מערך סולארי 1.6-MW, ומערכת הידרוניקה בעלת יעילות גבוהה עם קירור evaporative.העיצוב המכאני מדגיש ventilation טבעי תאורה יום, צמצום הצורך קירור מכני.

הדסון עמק האנרגיה הנקייה (Kingston, ניו יורק)

בניין מסחרי קטן יותר (6,000 רגל2) המשתמש במשאבי חום של קוד קרקע, ERV ו -30 קילוואט של PV גג.המערכת המכנית היא פיקוח מלא, והמבנה שמר על מצב אפס הנקי מאז 2010.

דוגמאות אלה מדגישות את החשיבות של התאמת עיצובים מכניים לאקלים המקומי, בנייה וצרכים של הדיירים.הם גם מראים כי אפס נטו אינו נוסחה בגודל אחד, אלא תהליך אופטימיזציה קפדני, זהיר.

מסקנה: הדרך קדימה למהנדסים מכניים

תכנון מערכות מכניות שמסייעות ל- LEED Zero Energy הסמכה היא גם אמנות ומדע.זה דורש שינוי פרדיגמטי ממערכות מכניות משעשעות באנרגיה ועד מערכות מתחדשות הפועלות בהרמוניה עם הבניין כולו.

  • (ב) ,0) החל מצמצום עומס אגרסיבי:1, דרך המעטפה בעלת ביצועים גבוהים.
  • (FLT:0Select אולטרה-יעילות טכנולוגיות HVAC, LT:1) (VRF, גיאותרמאל, DOAS, קורננט) ואמת את הביצועים שלהם עם מודלים אנרגיה.
  • (ב) ,0) ,לכתוב בקרות חכמות (FLT:103) המאפשרות אופטימיזציה בזמן אמת ועומס.
  • (ב) ,0) לתאם עם מעצבי אנרגיה מתחדשים (FLT:1) לכדי מערכות דור בגודל מדויק.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד, ו"ו, ו"ה', ו"ה', ו"ה', ו"ה'" (ב)"ב" (בראשית כ"ד).

(האימוץ ההולך וגדל של קודים אנרגיה וביקוש בשוק עבור מבנים בר קיימא משמעו שמומחיות בעיצוב מערכות מכניות עבור אפס נטו הופכת לתועלת תחרותית על ידי אימוץ עקרונות אלה ולמידה ממיזמים מוצלחים, מהנדסים מכניים יכולים להוביל את המעבר לסביבה הבנויה לא רק יעילה אלא גם רגנרטיבית אמיתית.