התפקיד הקריטי של מערכות עזר ב- Zero Energy Buildings

בניין אנרגיה אפס (ZEB) מייצג שינוי פרדיגמה מתחדשת באופן שבו אנו מעצבים, בונים, ופועלים את הסביבה הבנויה.A ZEB מוגדר כמבנה שמייצר אנרגיה רבה ממקורות מתחדשים כפי שהוא צורב על בסיס שנתי, ביעילות להשיג איזון אנרגיה נקי-אפס, בעוד שמעטפות בנייה ביצועים גבוהות, בוהק מתקדם ועיצוב סולארי פסיבי יוצרות את השכבות היסוד של ZEB, מערכות עזר משניות אלה כוללות באופן משמעותי של מערכות הפעלה של מערכות אבטחה.

Defining Auxiliary Systems and their Energy Impact

מערכות עזר בהקשר של ZEB הן כל תת-מערכת האנרגיה המצטברת, שאינן חלק מהמבנה הראשי של הבניין או של נכסי הדור המתחדשים באתר שלו.הם חדר המנוע של ביצועי הבנייה.המונח כולל את הכל ממעריצי ההפצה HVAC ומשאבות כדי להאיר כדורי, מעליות, ולבנות חיישנים. כי מערכות אלה הן הגדולות ביותר של צרכנים ואפקטים מסחריים ביותר, 12 חודשים של שליטה ישירה, אם יש איזון ישיר על פני השטח שלהם על פני השטח המסחרי שלהם, יש השפעה ישירה על פני השטח של אנרגיה, על פני השטח המסחרי, על פני השטח שלהם, על פני השטח המסחרי, ואפקטים, על פני השטח המסחרי של 12 חודשים.

מחלקת האנרגיה של ארה"ב (DOE) מעריכה כי בבניינים מסחריים טיפוסיים, מערכות HVAC לבד לצרוך כ-30-40% מכלל האנרגיה, בעוד תאורה מהווה 10%-20% נוספים. ב-ZEB, יש להפחית את השבריריות הללו באופן דרסטי באמצעות בחירה טכנולוגית, sizing, ותבניות תפעוליות.יש לתכנן לא רק לצרוך פחות, אלא גם להיות גמיש מספיק כדי להתאים להגדרה של הדור התחתון של מקורות LTF: 0.

סוגים מרכזיים של מערכות עזר ב- ZEB

מערכות חימום ומגניבות

עומס האנרגיה העזרי הגדול ביותר במרבית האקלים הוא מיזוג חלל.ב-ZEB, פרונות גז קונבנציונליים או תנורי התנגדות חשמליים מוחלפים עם משאבות חום יעילות גבוהה, לעתים קרובות בשילוב עם קוד קרקע או מחליפי חום של קוד אוויר.פולות קרקעיות (GSHP) משתמשים בטמפרטורה יציבה של כדור הארץ כדי להשיג יעילות של ביצועים (COP) של 4.0 או גבוה יותר, כלומר, הן יכולות לספק שירותי חום מתאימים גם לצמצום של חשמל זורמים קלים, או לטמפרטורה נמוכה יותר, או לטמפרטורה נמוכה יותר של מים.

וידוי, אני חי בתוך איכות אוויר

נטילציה אינה ניתנת להשגה לבריאות הדיירים, אך ב- ZEB יש להשיג עם מינימום של אנרגיה עונש אנרגיה. אנרגיה שחזור אוורורי חום (ERVs) להעביר חום ולחות בין exhaust וצריכת Airstreams, לשחזר 70-85 אחוזים מהאנרגיה שאחרת יאבדו.

תאורה מערכות

תאורה אנרגיה ב ZEB בדרך כלל לחתוך פחות מ 5-8 אחוזים של תקציב האנרגיה הכולל של הבניין.זה מושג באמצעות איסוף אור יום באמצעות תמונות, דיקור מבוסס דיקור, ותקני LED בכל מקום עם יעילות מעל 150 lumens לוואט תאורה צריך להיות מחובר ומסוגלים השקעת רמת עבודה אישית גבוהה.

מים זורמים

מים חמים מקומיים (DHW) הוא עומס גדול ב- ZEBs מגורים ובניינים מסחריים מסוימים (למשל, בתי מלון, מטבחים) מחמםי מים סולאריים עם גיבוי חשמלי או תנורי מים חמים (HPWHs) הם תקן. HPWHs יכולים להשיג גורמי אנרגיה (EF) מעל 3.0 על ידי הפקת חום משלימים מהאוויר שמסביב.

אחסון אנרגיה

מערכות אחסון אנרגיה סוללות (BESS) מאפשרות ZEB לאחסן דור סולארי עודף לשימוש בלילה או במהלך תקופות מעונן. סוללות ליתיום-יון נפוצים ביותר, אבל כימאים מתעוררים כמו ליתיום ברזל פוספט (LFP) מציעים שיפור הבטיחות והחיים במחזור. אחסון תרמי - כגון אחסון קרח עבור קירור או שינוי שלב חומרים (PCs) - יכולים לשנות עומס קירור לשעות ספורות.

בניית אוטומציה ובקרה

שכבת המודיעין המקשרת את כל מערכות עזר יחד היא מערכת האוטומציה של הבניין (BAS) ב- ZEB, BAS חייבת לעשות יותר מאשר תזמון פשוט; היא חייבת לבצע בקרה חיזויית, זיהוי תקלות, ואופטימיזציה בזמן אמת. אלגוריתמים מתקדמים יכולים לסחור בין מצב סוללה של טעינה, דרישות טעינה לרכב חשמלי, ולקדם את הבניין לפני תקופות גבוהות של Open-Compertpro-to-to-to-to-to-to-to-to-co-to-to-to-to-co-co-co-co-co-co-to-co-to-co-co-to-to-to-to-to-to-to-to-co-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-co-co-to-to-co-co-to-co-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-co-to-to-to-co-co-to-to-to-to-to-to-to-to-to-co-co-co

אסטרטגיות עיצוב עבור יעילות מקסימלית ואינטגרציה

תהליך עיצוב משולב (IDP)

השגת אפס אנרגיה דורשת הרחק ממבחר מערכת מבודדת, משתנה.תהליך עיצוב משולב מביא אדריכלים, מהנדסים, מודלים אנרגיה מוקדם בעיצוב סכימטי.המטרה היא להפחית את העומסים הראשונים - באמצעות אוריינטציה, בידוד, ונפיחות - לפני פיזור מערכות עזר. גישה זו מובילה לעתים קרובות לציוד קטן יותר, עלות נמוכה ויעילות כללית יותר.

מערכת Sizing and Energy Modelling

יתר על כן, טעות נפוצה כי לערער את היעילות. קצר מחזור, הפסדים פרציטיים גבוהים יותר, ולהפחית ביצועים של עומס חלק תוצאה של ציוד כי הוא גדול מדי.ד אנרגיה מודלling באמצעות כלים כגון אנרגיהPlus או IES VE מאפשר למעצבים לדמות עומסים שעה והפעלה של מחסני אנרגיה 1 LTs , מודלים צריך לקחת בחשבון עבור רווחים פנימיים של צמחים וציוד, כמו גם רווחים דינמיים של מודלים של קיבולת אנרגיה, 000 קיבולת, 000 קיבולת, 000 סוללת: 1.F.

קודם כל, פעיל שני

לפני עיצוב מערכות עזר פעיל, כל הזדמנות להפחית העומסים באופן פסיבי צריך להיות מותש.זה כולל אסטרטגיות ventilation טבעיות, ביצועים גבוהים צצים עם ציפוי נמוך, צמת חיצוני, גגות קרירות.לדוגמה, מערכת מניעת לילה מעוצב היטב למניעת לילה מהפך יכול לחסל את הצורך בקירור במהלך עונות כתף.

חידוש אינטגרציה אנרגיה

מערכות עזר חייבות להיות מתוכננות לפעול בהרמוניה עם מערכות הפעלה באתר. Photovoltaic (PV) לייצר חשמל רק בשעות היום, כך מערכות עומס גבוה כגון HVAC ומחממים מים צריך להיות מתוכנן לפעול באופן מועדף במהלך שעות השמש. משאבת חום ניתן להגדיר למצב "מגבירת מים" אשר מעלה את הטמפרטורה שנקבעה במהלך שיא PV, ביעילות אחסון אנרגיה תרמית לשימוש ביתי לא יכול להיות מסוגל רק כדי להיות פעיל של מערכות בניין.

נציבות והערכה

אפילו מערכות עזר המעוצבות ביותר יכול להיכשל כדי לעמוד במטרות ביצועים אם הם לא הוזמנו כראוי.שיפור העמלה (או רטרו-משימתי עבור מבנים קיימים) מבטיח כי בקרה נקבעים כראוי, חיישנים הם calibrated, ורצף של פעולה הם אימות. ניטור מתמשך באמצעות מילימטרים ולוחם BAS מאפשר למפעילים לעקוב אחר אינטנסיביות בזמן אמת (EU) ולהשוואת דיוקים (FDed) לפני ביצוע תקלות.

אתגרים ופתרונות מעשיים

עלויות ראשונות ומורכבות

הגישה המשולבת, בעלת ביצועים גבוהים למערכות עזר לעתים קרובות נושאת עלות גבוהה יותר מאשר בנייה קונבנציונלית.התקנה של משאבת משאבת חום מקור, ERV ductwork, מערכות סוללות, ובקרות מתקדמות כל להוסיף עלות. עם זאת, ניתוח עלות מחזור חיים מראה באופן עקבי כי החיסכון התפעולי מעל 15-20 שנים יותר מאשר לפצות תוכניות ריכוזיות של שירותים, זיכויים פדרליים (למשל, בניין מסחרי, צוותים), עיצוב מוקדם של עלויות מוקדם של עלויות ברמה גבוהה של לקוחות ברמה גבוהה.

אינטראקציה ירוקה וביקוש גמישות

כ- ZEB ProLiferate, ההשפעה המצטברת שלהם על רשת החשמל הופכת משמעותית.אם כל המבנים מנסים לייצא כוח בו זמנית על אחר הצהריים שמש, בעיות רגולציה מתח יכולות להתרחש.com, בלילה, הם עשויים למשוך בכבדות מהרשת.מערכות Smart Auxiliary שיכולות למזער את הביקוש במהלך אירועי שיא קריטיים (תגובה דרישה) או עומסי שינוי בשעות פחמן נמוכות יותר הם חשובים יותר ויותר.

התנהגות ותחזוקה

מערכות עזר לא יכולות להשיג את הביצועים הדירוג שלהם אם הדיירים שולטים, לחסום vents, או לא מצליח לשמור על מסננים.חינוך וממשקים ידידותיים למשתמש הם חיוניים. Plug-and-play השולטים המאפשרים לתושבים לקבוע העדפות אישיות בטווח מוגבל עוזר לשמור על מטרות אנרגיה. לוח זמנים תחזוקה לוחמת - כולל שינויים במסנני משאבה חום, ניקוי PV ואוורור סוללות - חייב להיות בנוי לתוך תוכניות הפעלה רבות של בניין, כגון ניסיון חיים.

פתרונות אקלים-מימון

אין אחד בגודל של איכות - כל עיצוב מערכת עזר עבור ZEBs. באקלים חם-humid, dehumidification הוא עומס דומיננטי, הדורש מערכות אוויר חיצוני ייעודיות (DOAS) עם גלגלים enthalpy או גלגלים desiccant זמינים. in Cold-climate ZEBs, משאבות חום של מקור אוויר עלולות להיאבק מתחת ל- 15 מעלות צלזיוס, כך ש-קרקע או מקורות מים חמים זמינים.

אתר אינטרנט: Net-Zero Office with Integrated Auxiliary Systems

שקול בניין משרדים של 5,000 מ"ר באקלים ממוזג שמטרתו לאנרגיה אפסית נטו.צוות העיצוב משלב משאבת חום של קוד קרקע עם 60 נבות אנכיות, ERV עם אורור מבוקר הביקוש, תאורה LED עם קצירת אור יום, ו-150 קילו מרובע של כדור הארץ היה מחובר יותר מ -100 קילו-אווירה-פוספט.

מגמות עתידיות במערכות עזר עבור ZEBs

האבולוציה של מערכות עזר מונעת על ידי הדיגיטליזציה, החשמל, ואת הצורך הגובר של עמידות רשת. מגמות מפתח כוללות:

  • (FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית לשליטה חיזויית: אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לנתח נתונים היסטוריים, תחזית מזג אוויר ודפוסי דיקור כדי להתאים את נקודות הסטטיסטיים ואת לוח הזמנים טעינה סוללות, צמצום השימוש באנרגיה ב-10-15% נוספים.
  • (FLT:0)Vapor-Compression Advances:BuildFLT:1) , New Refrigerants with low התחממות גלובלית פוטנציאל (GWP) ודחיסות של קיבולת משתנה מעצימות את משאבות החום יותר יעיל וידידותי לסביבה.
  • (FLT:0Building-Integrated Photovoltaics (BIPV): FLT:1 אריחים PV, חלונות וחזיתות כפולות כמו עורי אקלים-אדפטיים יפחיתו את הצורך במערכות מתפתלות וקידודיות נפרדות.
  • (FLT:0) בקרת Wireless Controls and IoT:FreaLT:1) חיישנים אלחוטיים בעלי כוח נמוך ומחשוב קצה מאפשרים שליטה גריפיתית על כל אזור תאורה ו diffuser ללא wiring נרחב.
  • (FLT:0)Modular and Prefabricated Systems:BuildFLT) 1 המפעל - הקמת משאבת חום ומודולי ERV עם חיבורי Plug-and-play מופחתים על העבודה והזמן המונה.

מסקנה

מערכות עזר הן עמוד השדרה התפעולי של בניינים אנרגיה אפסית.העיצוב שלהם קובע ישירות האם הבניין יכול לשמור על איזון אנרגיה של אפס הנקי על מחזור החיים שלו.על ידי הפחתה של עומס באמצעות אמצעים פסיביים, בחירת ציוד יעילות גבוהה כגון משאבות חום ו- ERVs, שילוב של דור מתחדשים ומחסנים, ופריסת בקרה אינטליגנטית, מעצבים יכולים ליצור מבנים שאינם רק אנרגיה- ⁇ , אלא גם נוח, כמו גם אתגרים עמידים, כמו גם, כמו גם עלות יעילה יותר, כמו גם עלות יעילה יותר, כמו גם עלות ויעילה של פיתוח AI.