初级系统在支持LEED零能源目标方面的作用

实现LEED零能认证是可持续建筑性能的顶峰。 这一严格的标准要求建筑用可再生能源生产出与在12个月时间内消耗的同等多的能源。 尽管设计战略、占领行为和物质选择都有助于开发,但任何零能建筑的主干在于其初级系统。 这些核心机械、电气和结构组件决定了能源的使用、管理和生成方式。 了解如何选择、规模、整合和优化这些系统对于旨在进行LEEED零能验证的项目团队至关重要。

美国绿色建筑理事会(USGBC)管理的LEED零能源认证基于现有的LEED评级系统,它要求至少两年的持续能源性能数据,显示净零能源的使用。 这意味着初级系统不仅必须单独高效,还必须紧密配合,以尽量减少负荷,最大限度地实现现场可再生能源的产生。 本条扩展了每个关键初级系统,概述了整合战略,讨论了现实世界的好处,并突出了要避免的常见陷阱。

了解建筑设计中的主要系统

初级系统是建筑物内主要的耗能和能产生部件,它们与二级系统(例如插头负载或电梯)不同,因为它们直接对环境造成条件或产生可再生能源。

  • 暖气,通风,和空调(HVAC)[]——大多数商业建筑中最大的能源消费者.
  • 照明[——一般是第二大负载,但受控制和日光影响很大.
  • 可再生能源系统[] – 现场生成,最常见的光伏(PV)阵列.
  • 构建信封——内侧和外侧之间的物理分隔器,包括墙壁,屋顶,窗户,以及绝缘.
  • 能源储存和管理 – 电池,热储存,以及能平衡供求的智能控制.

这些系统是相互依存的。比如,高性能的建筑封套会减少HVAC设备的尺寸和能量抽取,这反过来又会降低可再生能源系统所需的容量。 同样,与占用传感器相连的自动照明控制可以通过降低内部热增量来降低冷却负荷。 因此,对初级系统相互作用的整体理解对于LEED零能源的成功至关重要。

支持LEED零能的关键主系统

高性能HVAC系统

高压空调系统占典型商业建筑建筑总建筑能源使用量的40%至60%。 对于LEED零能源项目,设计者必须推动远超最低密码设备。 备选方案包括:

  • 热泵: 这些系统利用地球的稳定温度提供极高性能系数(COP 4-0–6.0)的供暖和冷却。 GHP 与常规空气源热泵相比,将电力消耗减少30~60%。
  • 易变冷冻剂流(VRF)系统:[ VRF允许在不同区域同时加热和冷却,从需要冷却的地区回收热量,并重定向到需要加热的地区,这显著降低了整体压缩能量.
  • 能量回收通风机:[] ERV从废气中捕捉到热量和湿度,以进入新鲜空气为先决条件,将调节通风空气所需的能量切开.
  • 专用室外航空系统(DOAS): 从热调节循环中分离通风空气,使每个系统都能在最高效率下运行. DOAS 配有ERV是零能设计的主机.

控制策略同样重要. 需求控制通风(DCV)根据实时CO2水平调整室外空气摄入量,而经济计量器则在室外条件有利时带来免费冷却. HVAC的所有组件都应该与中央建筑自动化系统(BAS)捆绑,以持续优化.

高级照明系统

随着LED的广泛采用,照明负荷大幅下降,但是,实现LEED零能需要的不仅仅是高效的固定装置。

  • 日光采集: 光传感器暗淡或当有足够的日光时关闭电灯。 开放规划办公室在适当的日光控制下可以将照明能量减少20-60%。
  • 占用和空缺传感器:[ 这些传感器在无人占用的空间关闭灯光。与BAS的整合允许调度和区级控制。
  • 任务/目标照明:提供环境下光水平(如30–40英尺),工作站可调整的任务照明能减少整体瓦特,同时提高占用满意度.
  • 高效Luminares: 选用每瓦功率超过150个润滑剂的固定装置,现在可行,如持续稀释等控制进一步减少能量使用.

照明也影响冷却负荷. LED产生的热量比白炽或荧光源少,直接降低了HVAC的需求. 在零能建筑中,照明系统被设计为低功率,高度可控的系统,补充HVAC策略.

可再生能源系统

现场可再生能源发电是LEED零能源的一项要求,最常见的选择是屋顶或地面太阳能光伏电池阵列,要达到净零度,可再生能源系统必须抵消每年能源消耗总量。

  • 尺寸: 光电阵列容量必须根据历史天气数据,建筑能量模型,以及预期的效率损失(阴影,反转效率,退化)来计算. 通常情况下,每千平方英尺至少5~10千瓦,但每个项目都需要详细的分析.
  • 偏向和倾斜: 倾斜角度等于纬度最大年产量的南向阵列,东西方向可以提供更好的负载匹配,使建筑物与早晚高峰相匹配.
  • 与存储器融合:电池存储器允许白天的超量生成在夜间使用,提高大楼的自消耗率. 热存储器(如冷水箱)也可以转移负载.
  • 替代可再生能源:风力涡轮机,家用热水的太阳能热能,或者在场地条件有利时地热交换可以补充或取代光电.

英国广播公司要求在项目边界内的建筑脚印或现场产生可再生能源,场外采购或抵消不符合LEED零能源认证条件,因此,准确的光电尺寸化和与其他初级系统整合至关重要。

构建信封性能

建筑信封是防热增减的第一线防线,即使最有效的HVAC系统也无法克服一个漏气,绝缘性差的信封. 对于LEED Zero Energy,信封的设计必须尽量减少热桥和空气渗透. 关键要素包括:

  • 连续绝缘: 在结构框架外侧安装绝缘能通过螺旋和焦距消除热桥. R-20至R-40的墙面值和R-40至R-60的屋顶值在零能设计中很常见.
  • 高性能视窗:三层玻璃,低e涂装的窗户,带有 ⁇ 或 ⁇ 填充,实现U值低于0.25 Btu/h ft2 ⁇ F. 遮蔽设备(外部盲点,悬架)控制太阳热增量.
  • 空气构造:吹风门试验应在75 Pa达到0.15cfm/ft2以下的泄漏率。 封存所有渗透、关节和过渡至关重要。
  • 冷却屋顶和绿屋顶:[反射屋顶可以减少热岛效应,降低冷却负荷. 绿色屋顶能提供额外的绝缘和暴雨水管理效益.

优化的封装可以降低所需的HVAC能力,从而降低可再生能源系统的规模和成本。 这种良性循环是成本效益高的零能源设计的标志。

能源储存和管理系统

电池、热储存和智能控制有助于每小时、每天和季节实现净零。 举例来说,电池、热储存和智能控制可以帮助实现净零。

  • 锂离子电池系统储存多余的太阳能,供在晚高峰或云天使用.
  • 倾斜的水或冰储存将冷却负荷转移到非高峰时段,降低需求费,并在环境温度降低(效率提高)时允许冷却器在夜间运行.