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在房子里增加隔热层可以节省能源,但每多一英寸,每英寸节省的能源就会减少。在某种程度上,增加更多绝缘材料的成本变得难以证明是合理的。在今年于波士顿举行的建筑能源会议上,三位能源专家探讨了两个与高性能住宅有关的问题:在什么情况下,改善外壳是浪费钱?我们应该使用什么指标来确定足够的绝缘是足够的?这些问题的一个要点是确定被动式住宅标准所要求的隔热层厚度是否合理。被动式住宅标准是一种由德国开发的超隔热方法,目前正在美国获得关注。由于光伏发电成本的下降,这三家公司得出了同样的结论:它们不是。
三位演讲者分别是布鲁克林的能源顾问戴维·怀特(David White);马萨诸塞州南山公司(South Mountain Company)的工程总监马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum);以及明尼苏达州德卢斯Wagner Zaun Architecture的设计师蕾切尔·瓦格纳(Rachel Wagner)。
零的方法
White介绍了一个在纽约州胡格诺特(Huguenot)的新建设项目的案例研究,该地区位于气候区5,有大约6000度的加热日。业主的目标是净零能源使用,结合绝缘和现场产生的能源,创造一个能源独立的房子。怀特是这个项目的顾问。怀特首先比较了拟议的外壳改进所节省的年度能源——例如,从4英寸的外壳升级。次板泡沫绝缘到6英寸。-光伏系统的年能源生产成本与拟议的包络线改善相同。如果所提议的包络面改进比同样价格的光伏系统节省的能量更少,那么所提议的改进就不值得。
在这个案例研究中,标准有些灵活。“我们的目标是25年左右的边际回报,”White指出,“我们选择了一些可以实现25年回报的措施,即使这些措施的成本高于PV。”虽然White没有解释他选择更昂贵选项的理由,但此类升级的典型理由包括:为未来能源成本增加提供保险,提供更舒适或更强的弹性,承认绝缘比光伏组件的寿命更长,以及为未来电网计量协议的变化提供保险。
怀特采用了两种不同的计算方法,一种是使用未补贴的光伏成本每瓦4.35美元,另一种是实际光伏成本每瓦1.26美元,这反映了可用的退税和税收抵免。怀特说:“补贴的光伏发电比我们看到的所有[能源]措施都要便宜得多。
在进行了这些计算之后,White的团队做了一些常识上的调整,以支持成本略高于PV的信封改进,最终确定了以下规格:EPS在楼板下的水平;8 - 1⁄2。墙壁上有矿棉的棉絮;和16。纤维素在天花板上。
怀特的团队检查了是否符合被动房的标准,得出的结论是不符合。White解释说:“要使这所房子达到被动房的标准,需要在所有方面加倍r值,使用美国最昂贵的被动房窗户,安装Paul ERV(高端单元),并创建一个更紧密的围护结构。这些措施所节省的能源可以通过0.8千瓦的光伏发电(无需补贴,成本仅为3400美元)。”很明显,建造被动式住宅的成本要比节省的能源价值大得多。
这和空间供暖无关
下一位发言者是马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum),他提到了他参与的大多数高性能住宅项目:“供暖负荷只占家庭总能源消耗的一小部分。重点是,你认为加热是你必须处理的。但实际上,如果你关注供暖,你也需要关注其他事情——热水和插头负荷。”
尽管高性能住宅的设计师经常考虑到电子设备产生的热量,Rosenbaum警告说,他们不应该假设照明、电器和其他插头负载使用的所有电力都能减少家庭的热负荷。“干衣机的电不会抵消热量,”他说。“泵不能抵消热量。”
作为一个案例研究,罗森鲍姆研究了位于新罕布什尔州康科德(气候带6)的一套假设住宅,它的尺寸为24英尺(约1.72米)乘36英尺(约1.72米),有2-1 / 2层楼和一个完整的地下室。他假设使用性能系数(COP)为2.5的热泵热水器——这意味着热泵产生的能量是它所消耗的能量的2.5倍——以及使用COP为2.5的微型单元来提供空间热量。他还假设住户每月将使用400千瓦时的电力,包括插头、电灯和电器,其中50%的电力消耗抵消了空间供暖的负荷。罗森鲍姆解释说,400千瓦时虽然很低,但对于想要实现零用电的房主来说并不是不合理的。
Rosenbaum接着研究了9种高性能的场景,首先是R-30级以上的墙壁,R-20级地下室墙壁,R-40级屋顶隔热层,R-5.5级门窗,漏风率为0.66 ACH50。另外还有7种情况,可以达到非常好的绝缘围护结构,包括R-60级以上的墙壁、R-30级地下室墙壁、R-90级屋顶绝缘、R-7.0级门窗,漏风率为0.33 ACH50。
关于这些不同的房子每年的能源消耗,最值得注意的是最差的房子和最好的房子之间的差别是多么的小。Rosenbaum指出:“用于热水的能源是恒定的,用于插头负载、电灯和电器的能源也是恒定的。”如果房主想增加足够的光伏以达到净零,最差的房子需要一个额定功率为7.0kw的光伏系统,而最好的房子需要一个额定功率为5.9kw的光伏系统。与安装规范最小住宅所需的大型光伏系统的成本相比,超级住宅所需的小型光伏系统仅能节省3850美元。不用说,安装R-60墙体隔热材料、R-90屋顶隔热材料和低u系数窗户的成本将远远超过3850美元。
在最寒冷的气候中也有同样的结果
最后一位发言的专家是蕾切尔·瓦格纳。瓦格纳为气候区7(美国48个州最冷的地区)设计房屋。在过去的15年里,她设计了40多座低能耗住宅。她的大多数住宅都有R-5至R-6.25的窗户,R-27至R-35的楼板下保温,从R-21至R-34的墙壁空腔保温,加上从R-11至R-28的连续外墙保温,屋顶有R-70至R-80的保温,漏风率为0.23 ACH50至0.80 ACH50。
瓦格纳增加了比规范要求多40%到60%的绝缘材料,这当然减少了未来的能源账单,但也增加了建筑成本。在气候区7,这些非常高(和昂贵的)绝缘水平是有意义的,但他们仍然没有达到被动式住宅的要求。
Wagner指出,这些房屋的峰值供热负荷为每平方英尺7.5 Btu/hr至8 Btu/hr。英尺,大约是最低标准房屋的一半,但与被动房屋相距甚远。被动式住宅标准要求峰值热负荷不超过3.17英热单位/小时每平方英尺。实现这一目标所节省的能源太少,不足以证明实现这一目标所需的极高绝缘成本是合理的。
瓦格纳建议说:“要认识到建造外壳的成本在上升,但PV的成本在下降。”她还指出,热泵热水器和空气源热泵等高效技术正在变得越来越好。鉴于这些趋势,她建议不要在初始系统上过度投资:“要设计出能够升级的设备和系统。”
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有意思,但你得把单位弄清楚。能量是以千瓦时来衡量的,电能是以千瓦时来衡量的,上面所说的没有意义。除pv的尺寸正确表述为kW外,上述数字均应为kWh。
完全正确。所使用的能量以千瓦时为单位,光伏阵列的功率(容量)通常以千瓦(或兆瓦等)为单位。
这篇文章提供了一些很好的概括性比较,但大多数人不会把插头、电器、电动汽车等的电量降至每月400千瓦时。在我看来,正常的耗电量至少要比这个数字高出50% - 100%(800千瓦时)。
此外,在北方多雪的气候下,7千瓦的光伏阵列可以产生(假设)8500千瓦时的电力。但在冬季的4-5个月里,它通常只能产生总发电量的25%(即每月425千瓦时)。所以要注意平均值。
“净零”这个词让我抓狂(可能比“LEED”还蠢)。你可能是最大的电力浪费者,但仍然是净零,只要增加足够的发电能力来匹配你的过度使用。这有什么意义呢?你觉得自己生产电力而不是从公用事业公司买电力感觉很好吗?