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文檔名稱: 從太陽能建筑設計到凈零能耗建筑:一座辦公樓的性能見解
文檔語言: 中英文(已翻譯)
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整理時間: 2017-11-02

 從太陽能建筑設計到凈零能耗建筑:一座辦公樓的性能見解

摘要

自從2010年EPBD重塑[1]出版以來,凈零能耗建筑獲得了更多的關注。成功實施這個偉大的目標取決于許多因素。文獻里充斥著理論建議,而建筑業充斥著技術的神秘感,這篇文章通過在葡萄牙辦公大樓應用的NetZEB方法試圖給大家展示一個可持續框架,太陽能XXI,基于作者在國際能源機構SHC 任務40 - ECBCS 附錄52 中的研究,“向凈零能耗太陽能建筑”。

1 介紹

因為EPBD [1]的出版,零能耗建筑的性能已在2010獲得了更多的關注。與此同時,美國推出“2020年銷售的零能耗住宅和在2025年商業的零能耗建筑”[2]。日本提議的“碳中和的建筑”,包括既有建筑,2050年[3]。英國政府希望到2016年實現零碳排放的標準[4]。憑借良好的方式將這一新標準生效后,全球約有300家建筑國家已經聲稱零能耗或類似的性能[5]。成功實施雄心勃勃的目標,取決于多種因素。對于設計者和代碼編寫者的論文包括:均衡空間,可再生能源資源和夏季建筑設計相匹配,從遮陽,同時提供良好的日光氣候驅動的供應冷卻氣候被動的需求。建筑行業充斥著很多關于技術的價值神話的文獻,這一新概念的研究可能是在建立真正的實現零凈能源性能的最佳策略方面是決定性的。

雖然設計和實現一個凈零能耗建筑沒有確切的方法(有圍護結構,公用設備和現場能源生產設備能夠實現零能耗性能的許多不同的可能組合)有一些共識做零能耗建筑太陽能被動可持續設計設計[6,7]。據此,凈零能耗性能可以取得執行兩個基本步驟的結果:(1)降低建筑的能源需求 - 能源效率和(b)產生電力或其他能源載體,以獲得足夠的信貸來實現所需的能量平衡 - 能源發電。

被動途徑發揮尋址NetZEB設計的基礎性作用,因為它們影響直接放置在建筑物的機械和電力系統的負荷,并且間接爭取可再生能源發電。一般在加熱和冷卻為主的氣候中,被動加熱溶液必須是與冷卻溶液一起研究,以避免不希望的過熱和刺目日光。被動散熱是通過熱慣性增加建筑時間常數增加,允許顯著建筑物空調負荷降低,而自然通風和采光的優勢進行了探討主要追求的。另一方面,在通過自然通風的高電位為特征的冷卻為主的氣候,外墻保溫可以避免以允許房屋的更容易冷卻,在夜間(東西沒有絕緣將阻止)。一般來說,NetZEB的被動解決方案的設計,可給予相關的能源性能水平所需CO2減排指標,氣候,建筑類型等雖然在太陽能被動可持續設計應用的主要原則是限制一項艱巨的任務眾所周知,此處的根本問題是找到,如果同樣可以在NetZEB被應用為好。本文的作者,附件52(“走向零能耗太陽能建筑”)的積極參與者[8]打算提出并討論用于近零能耗太陽能建筑的加熱和冷卻策略太陽能XXI,項目確實集成了約200幾乎為零,凈利潤為零或正能量建筑物國際能源署(IEA)的數據庫,解決方案定義的設置和相關性能指標的目的。太陽能建筑XXI,建于2006年[9],在里斯本LNEG校園,假設是在例如太陽能低能耗建筑的使用無源系統既可用于加熱和冷卻(地面冷卻)走向凈零能耗建筑(NZEB) [10]。主立面具有熱回收這有助于加熱,在冬季光伏發電系統。在夏季的接地冷卻系統(土管)用于夜間冷卻策略來冷卻建筑物,在一起。整體信息尤伯杯模具建筑列于表1

 

命名法

EPBD      能效建筑指令

NetZEB      凈零能耗建筑

IEA      能源機構

BIPV-T      光伏建筑一體化 - 

fload,I      負載匹配指數

 

 

2從太陽能建筑設計,零能耗建筑

      凈零能源建筑(NetZEB)可以被定義為,一個建筑在一年內是中性的(比如,它使用消耗的能量與供應的能量相同),當能量效率測量與能量再生源成功結合在一起。由此,凈零能量性能,可以實現作為執行兩個基本步驟的結果:第一降低建筑能源需求,和第二,發電或其它能源載體,以獲得足夠的信用以獲得所需的能量平衡。在第一步驟中被動途徑在尋址NetZEB設計發揮基礎性作用,因為它們影響直接放置在建筑物的機械和電力系統的負荷,并且間接爭取可再生能源發電。

 

 

 

 

 

 

 

Table 1. SOLAR XXI大廈 - 可再生能源系的數據。

 

一般信息

(kWh/kW)

位置                         西  9°10'39.83"      Lisbon

Latitude   38°46'20.27" north

建筑坐標      Helder                           

所有者                            國家能源地質實驗(LNEG)

      Gonçalves

[email protected]

 

建造成本(含稅)      800 €/m2

          辦公用

氣候數據      Heating period 5.3 month

                       1190ºC (Tb20ºC)

數據      Test, experimental, research

建筑施工                                                    

      20 pc

熱凈                                             1200 m2

建筑面                                                1500 m2

 

2.1能源效率至上 - 太陽能建筑設計

      被動式太陽能設計充分利用建筑物的場地,氣候,和材料,能源使用最小化。設計的被動式太陽能建筑一個良好首家通過能源效率戰略降低采暖和制冷負荷,然后滿足全部或部分減少那些與負載太陽能。對于太陽能XXI建筑,其設計完成這兩個步驟。首先,它包括以減少采用的加熱,冷卻和雷電負載了大量的能源利用效率的措施和策略。在太陽能XXI的情況下,建筑物的太陽能設計集成了多項措施為:

•太陽收益的用途

      主樓立面(面向南)由窗口和光伏組件采用等效比例覆蓋。這種大面積玻璃(南立面的46%,建設條件樓面面積的12%)的辦公用房永久占用直接交互,直接收集太陽能,以合成空間提供熱量和自然光。提高太陽熱增益中冬季包括在建筑設計的主要策略之一,通過采用基本特征:如主上光區域的位置,大小和方向(南)(圖1)。

圖1 太陽能XXI 建筑(內部和外部視圖)

•光伏建筑一體化 - 熱(BIPV-T)

      除了透過窗戶使用太陽直接收益,光伏建筑一體化T系統INTEGRA婷南方建筑立面因此在一天的時間小時,供暖季時的熱量轉換的過程中釋放過程中造成的室內氣候的改善太陽輻射到電源恢復成功(圖2)。如在具有高太陽輻射的幾天加熱的策略,在冬季,通過BIPVŤ加熱和吹入的空氣的溫度進入辦公室可以豐富30℃[10]。

•自然采光自然通風

      在中央大廳主光分布的位置和中央天窗的尺寸是重要的,因為從南,北空格走廊,分布在整個建筑圍護結構的玻璃區域相連通門所謂通風口。通過了建筑設計這些重要功能導致減少電燈的建筑消耗。自然通風提供因側風,并通過在外墻和屋頂的水平開口疊加效應。對所有的辦公房間門可調節通風口一起外墻開口提供交叉通風,使空氣從內流到外,反之亦然。在大樓大廳中央有一個天窗,這對于由煙囪效應(圖1)允許自然通風。

      在同一時間在設計SolarXXI集成散熱措施用于降低在冷卻期間建筑物消耗:

•視窗陰影

      由用戶可調百葉窗被放置在玻璃外面來限制太陽直接收益。當外部施加的,成為了夏季一個非常重要的措施,因為他們盡量減少太陽直接發生。

•地面冷卻系統

圖2 太陽能XXI 建筑BIPV-T系統

      接地冷卻系統提供傳入預冷卻的空氣到使用稀土作為冷卻源的建筑。 32管的系統用直徑30厘米,埋在4.5米的深度(圖2)。地面溫度變化范圍為1319℃,一年四季,所以在夏季一個極好的冷源。空氣進入管陣列從15號樓米的距離,跨越管回路冷卻到接近地面的溫度,并注入到通過自然對流或使用小風扇強制對流建設辦公用房。該系統在炎炎夏日里,高效率運行。當室內溫度較高值得注意的是,從地下管道推新鮮的空氣。內的辦公室中噴射出的空氣溫度范圍22-23℃之間,在室內空氣的溫度的2和3°C之間的降低所得。

1.1。第二步 - 發電

      在太陽能XXI設計該項目的主要目標其中之一可再生能源系統的集成。該建筑集成在他的外觀和附近(停車場)3光伏系統并提供用于取暖的目的約30千瓦的總裝機峰值功率建設的各個電需求,熱太陽能集熱器。太陽能建筑XXI再生系統總結在表2中

2.太陽能 XXI 建筑 -可再生能源系的數據

 

可再生能源系

集成

(m2)

      安裝power(kW)

   效能(kWh/kW)

76 PV multicristalline silicon         Building façade         96         12          1004

100 PV amorphous silicon         Car parking 1         95         6          1401

150 PV CIS thin-film         Car parking 2         110         12          1401

CPC solar thermal         Building roof         16         11 MWh

 

      至于建議在文獻[11],在建筑能源發電有關的指標和NetZEB話題就是所謂的負載匹配指數 - 太陽能分數描述光伏產量到負載的比例。解決負載匹配創建必要的細節上賽季的水平,月,周,日,小時,這取決于準確性和數據可用性水平的能量流動。

      所有產生的功率超過負載被認為是電網電力的一部分,所以做了最大負載索引匹配變為1或100%。由于指數反映強烈考慮的時間分辨率,時間間隔必須是索引名稱的一部分。隨著時間間隔,過剩的產量下降。凈的基礎,每年負載匹配指數是通過定義等于1負載匹配指數的基礎上被平均以每年價值更高分辨率的數據,讓分辨率指示[11]:

這里,i=時間間隔(H,W,M)

      圖3示出在數月,數周和小時分辨率為太陽能XXI建筑物與年度平均值一起負載匹配索引。每月和每日決議,導致類似的全年平均負荷匹配項,而每小時的分辨率會導致低得多的價值,由于夜間丟失的光伏產量。

圖3 太陽能XXI負載匹配指數

      最后執行的監測分析表明36兆瓦的電能消耗,對由所述光伏系統三個幾乎38兆瓦時的產生的電力的量的總量。在圖4中,提出通過太陽能XXI對由太陽光發電系統(外墻+停車)為2011提供的能量消耗的電能量的每月分配

1. 太陽能XXI建設 - (幾乎)零碳建筑

      因為已經如上所述,太陽能XXI集成了高效的解決方案集和策略,從功能,降低建筑的能源需求,對可再生能源的集成。因為已經如上所述,太陽能XXI集成了高效的解決方案集和策略,從功能,降低建筑的能源需求,對可再生能源的集成。圖5表示從上能量平衡方式透視與朝NetZEB性能的關鍵步驟的太陽能XXI性能。

圖5 太陽能XXI-路徑凈零能耗性能

      如果設計成一個與目前葡萄牙辦公樓標準的辦公樓,太陽能XXI將大約消耗101kWh/ m2.y包括典型的用戶負載相關的(A)。如果一個人將已執行在建筑物圍護結構水平提高(現在仍然繼續與典型用戶相關的負載),大樓會消耗90kWh/ m2.y(B)。在改善建筑圍護結構和概括被動技術和策略的基礎上,太陽能建筑XXI年耗能為43千瓦時/ m2.y(C)。這種消費用的35.85度的光伏和太陽能集熱器(D)中產生/ m2.y能量,因而跑,建筑物的最終余額指出一個接近零能量性能信用抵消。

4 結束語

      本文作者分享了在辦公大樓的建造過程當中實現NZEB性能過程中主要的發現。本文展示了太陽能XXI如何達到零能源消耗的目標。如果采用此解決方法,尤其是基于太陽能被動設計,采光性能特性,自然通風策略,被動加熱和冷卻技術,具有集成的可再生能源系統一起,限定了太陽能XXI建設的示例性能量性能。太陽能XXI建筑能效是一個標準的新辦公樓 [13]節能性能十倍左右。看著從NetZEB角度建筑物的能量平衡,這表明,DASS模具的可再生體系標準和創新的能源績效指標明智組合能夠實現無顯著努力零能耗表現。本文的作者希望,在建筑的設計、建造和操作中所獲得的經驗能夠給所有在南歐國家開發出色能源項目的人提供幫助。同時,本文幫助那些政策制訂者們認識到實施NetZEB系統的障礙。

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