Rolul sistemelor primare în sprijinirea obiectivelor energetice zero LEED

Realizarea certificării LEED Zero Energie reprezintă punctul culminant al performanței durabile a clădirilor. Acest standard riguros necesită clădiri pentru a produce energie din surse regenerabile cât consumă pe o perioadă de 12 luni. În timp ce strategiile de proiectare, comportamentul ocupantului și opțiunile materiale contribuie cu toții, coloana vertebrală a oricărei clădiri cu energie zero se află în sistemele sale primare. Acestea sunt componentele mecanice, electrice și structurale de bază care dictează modul în care energia este utilizată, gestionată și generată. Înțelegerea modului de selectare, dimensiune, integrare și optimizare a acestor sisteme este esențială pentru echipele de proiect care vizează validarea LEED Zero Energie.

Certificarea LEED Zero Energie, administrata de Consiliul Verde de Constructie al SUA (USGBC), se bazeaza pe sistemul existent de rating LEED. Este nevoie de minim doi ani de date continue de performanta energetica, demonstrand utilizarea net-zero sursa de energie. Acest lucru inseamna ca sistemele primare trebuie sa fie nu numai eficiente individual, ci si sa lucreze impreuna pentru a minimiza incarcaturile si maximiza productia de energie la locul de munca. Acest articol se extinde pe fiecare sistem primar critic, contureaza strategii de integrare, discuta beneficii din lumea reala, si scoate in evidenta capcane comune pentru a evita.

Înțelegerea sistemelor primare în proiectarea clădirilor

Sistemele primare[ sunt principalele componente consumatoare de energie și producătoare de energie din interiorul unei clădiri. Ele diferă de sistemele secundare (cum ar fi sarcinile de alimentare sau ascensoarele) în sensul că acestea condiționează direct mediul sau generează energie regenerabilă. Cele cinci categorii cheie includ:

  • Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC)
  • Lighting
  • Sisteme energetice regenerabile
  • Construirea plicului [
  • Stocare și gestionare a energiei

Aceste sisteme sunt interdependente. De exemplu, un plic de construcţie de înaltă performanţă reduce mărimea şi energia de extragere a echipamentelor HVAC, care, la rândul său, reduce capacitatea necesară a sistemului de energie regenerabilă. În mod similar, controlul automat al iluminatului legat de senzorii de ocupare poate reduce sarcina de răcire prin reducerea câştigului termic intern. Prin urmare, o înţelegere holistică a interacţiunilor sistemului primar este critică pentru succesul LEED Zero Energie.

Sisteme primare cheie de sprijin LEED Zero energie

Sisteme HVAC de înaltă performanță

Sistemele HVAC reprezintă 40% până la 60% din consumul total de energie al clădirilor comerciale tipice. Pentru proiectele LEED Zero Energy, proiectanţii trebuie să împingă mult dincolo de echipamentele minime de cod. Opţiunile includ:

  • Pompe de căldură geotermală (GHP): Aceste sisteme utilizează temperatura stabilă a pământului pentru a furniza încălzire și răcire cu coeficienți de performanță extrem de mari (COP de 4,0 2012). GHP reduc consumul de energie electrică cu 30% ținută, comparativ cu pompele convenționale de căldură cu sursă de aer.
  • Sisteme de debit de refrigerant variabil (VRF):[ VRF permite încălzirea și răcirea simultană în diferite zone, recuperarea căldurii din zonele care necesită răcire și redirecționarea acesteia către zonele care necesită încălzire. Acest lucru reduce semnificativ energia totală a compresorului.
  • Ventilatoare de recuperare a energiei (ERV): ERV captează căldura și umiditatea din aerul de evacuare până la precondiționarea aerului proaspăt care intră, reducând energia necesară pentru a condiționa aerul de ventilație.
  • Sisteme de aer exterior (DOAS): Separarea aerului de ventilaţie din bucla de condiționare termică permite fiecărui sistem să funcționeze la randament maxim. DOAS cu ERV este o bază de proiectare de energie zero.

Strategiile de control sunt la fel de importante. Ventilația controlată prin cerere (DCV) reglează aportul de aer în aer liber bazat pe nivelul de CO2, în timp ce economizatorii aduc răcire gratuită atunci când condițiile de aer liber sunt favorabile. Toate componentele HVAC trebuie să fie legate de un sistem de automatizare a clădirilor centrale (BAS) pentru optimizarea continuă.

Sisteme avansate de iluminare

Încărcăturile de iluminat au scăzut dramatic odată cu adoptarea pe scară largă a LED-urilor. Cu toate acestea, realizarea LEED Zero Energie necesită mai mult decât echipamente eficiente. Strategiile cheie includ:

  • Recoltarea luminii de zi: Fotosenzorii dim sau opriți luminile electrice atunci când este suficientă lumină în timpul zilei. Birourile cu plan deschis pot reduce energia de iluminat cu 20% ?60% cu control corect al zilei.
  • Senzorii de ocupaţie şi de vacanţă:[ Aceşti senzori opresc luminile în spaţii neocupate. Integrarea cu BAS permite programarea şi controlul nivelului zonei.
  • Lumina de sarcină/ambient: Furnizarea de niveluri de lumină ambientală mai scăzute (de exemplu 30
  • Luminare de înaltă eficiență: Alegerea corpurilor cu eficacitate peste 150 lumeni pe watt este acum fezabilă. Controalele, cum ar fi dimming continuu, reduc în continuare consumul de energie.

Iluminatul afectează, de asemenea, sarcinile de răcire. LED-urile produc mai puţină căldură decât sursele incandescente sau fluorescente, reducând direct cererea HVAC. În clădirile cu energie zero, sistemul de iluminat este proiectat ca un sistem cu putere scăzută, foarte controlabil, care completează strategia HVAC.

Sisteme de energie regenerabilă

Generarea de energie regenerabilă la fața locului este o cerință pentru LEED Zero Energie. Cea mai comună alegere este pe acoperiș sau la sol panouri fotovoltaice solare (PV). Pentru a satisface metric net-zero, sistemul de energie regenerabilă trebuie să compenseze consumul total anual de energie sursă. Considerații importante includ:

  • Sizeing:[ Capacitatea array-ului PV trebuie calculată pe baza datelor meteorologice istorice, a modelelor energetice de construcţie şi a pierderilor de eficienţă preconizate (umbrire, eficienţă invertoare, degradare).Un minim de 5 2016/1310 kW pe 1.000 de picioare pătrate este tipic, dar fiecare proiect necesită o analiză detaliată.
  • Orientare și Tilt: Array-uri orientate spre sud la un unghi de înclinare egal cu producția maximă anuală a puterii de latitudine. Orientarea est/vest poate oferi o mai bună potrivire a sarcinii pentru clădiri cu vârfurile de dimineață și de seară.
  • Integrare cu Depozitare: Stocarea bateriei permite utilizarea în exces a producției în timpul zilei, îmbunătățirea raportului de autoconsum al clădirii. Depozitarea termică (de exemplu, rezervoarele de apă refrigerate) poate, de asemenea, să schimbe sarcinile.
  • Regenerarea alternativă: turbine eoliene, termice solare pentru apa caldă menajeră, sau schimbul geotermal poate suplimenta sau înlocui PV în cazul în care condițiile de amplasament sunt favorabile.

USGBC cere ca energia regenerabilă să fie generată pe amprenta clădirii sau pe amplasamentul din cadrul limitelor proiectului. Achizițiile sau compensarea în afara amplasamentului nu sunt eligibile pentru certificarea LEED Zero Energy. Aceasta face ca dimensionarea și integrarea PV exacte cu alte sisteme primare să fie critice.

Performanță de plic de construcție

Învelişul clădirii este prima linie de apărare împotriva câştigului şi pierderii de căldură. Chiar şi cel mai eficient sistem HVAC nu poate depăşi un plic cu scurgeri, slab izolat. Pentru LEED Zero Energy, plicul trebuie să fie proiectat pentru a minimiza punţile termice şi infiltrarea aerului. Elementele cheie includ:

  • Izolarea continuă: Instalarea izolației pe exteriorul cadrului structural elimină podurile termice prin armături și joișuri. Valorile R ale R-20 la R-40 pentru pereți și R-40 la R-60 pentru acoperișuri sunt comune în modelele de energie zero.
  • High-Performance Windows: Geamuri cu strat de acoperire dublu, cu acoperire de joasă adâncime cu argon sau krypton umple atinge valori U sub 0,25 Btu/h·ft2 ·°F. Dispozitivele de modelare (blind-uri externe, suprasanguri) controlează câștigul de căldură solară.
  • Construcție etanșă la aer: Testele ușii suflante ar trebui să atingă rate de scurgere sub 0,15 cfm/ft2 la 75 Pa. Sigilarea tuturor penetrațiilor, articulațiilor și tranzițiilor este esențială.
  • Acoperișurile și acoperișurile verzi: Acoperișurile reflectorizante reduc efectul de pe insula termică și reduc sarcina de răcire. Acoperișurile verzi oferă beneficii suplimentare de izolare și de gestionare a apelor furtunoase.

Un plic optimizat reduce capacitatea necesară de HVAC, care, la rândul său, reduce dimensiunea și costul sistemului de energie regenerabilă. Acest ciclu virtuos este un semn distinctiv al unui design zero eficient din punct de vedere al costurilor.

Sisteme de stocare și gestionare a energiei

Cu sisteme primare foarte eficiente și generarea la fața locului, piesa finală gestionează neconcordanța temporală dintre producția și consumul de energie. Bateriile, depozitarea termică și controalele inteligente contribuie la realizarea net-zero pe o bază orară, zilnică și sezonieră.

  • Sistemele de baterii cu ioni de litiu depozitează energia solară în exces pentru utilizare în timpul vârfurilor de seară sau în zilele înnorate.
  • Apa și gheața trece sarcinile de răcire la orele de vârf, reducând sarcina de consum și permițând răcitorului să ruleze pe timp de noapte atunci când temperaturile ambiante sunt mai scăzute (crește eficiența).