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建筑科学

为什么北美需要自己的被动节能房标准

这不仅仅是气候问题

PHIUS+ 2015被动房标准根据气候设定供热和制冷负荷目标,而不是针对全球。该标准还做出了其他重大变化。
图片来源:PHIUS

有一种被动式房屋。这名字太可怕了。几乎每个人都同意这一点。看看它的追随者是怎样的被逼得发狂你会发现这个名字并不合适。房屋本身也不是被动的,但我们现在先把它放在一边。

让我们来谈谈数字和目标。的北美被动式房屋计划PHIUS成长于德国被动屋计划该组织为全球制定了一套目标。现在PHIUS采用德国标准以适应北美。这是一个重要的变化。追随者们的狂热看起来很有趣!

被动式住宅的要求

首先,让我讲几句术语。当我使用“被动屋”这个词时,我指的是德国政府颁布的德国计划“研究所.当我用"被动屋"这个词时,我指的是PHIUS北美项目(顺便说一下,它代表美国被动式房屋研究所)。如果我用“被动式房屋”这个词小写,我指的是整个概念。

被动式住宅的两个基本要求限制了家庭的供暖负荷(峰值或年度)和一次能源(也称为源能源)。在这里,详见PHI网站

加热:年负荷≷15千瓦时每平方米(4.75 kBTU每平方英尺)净生活空间(PHI称为处理过的建筑面积)或峰值负荷≷10瓦每平方米(3.2 BTU/小时每平方英尺)

一次能源:≷120千瓦时/平方米(38kbtu /平方英尺)每年处理面积

他们增加了冷却负荷要求,类似于需要冷却的地方的加热负荷。PHI标准还具有气密性要求(≷0.6每小时换气50帕斯卡,ACH50)和基于室内温度的舒适性要求。然后你看得更远一点,发现其他措施的效率通风系统和安装的窗户的u值。所以这并不像传言中那么简单,但基本目标都是一样的。

当你深入研究的时候,你会发现里面有更多的细节,但它确实是一个简单而优雅的标准。想到你所要做的只是满足世界各地相同的一些要求,这真的很有吸引力。

但这对北美管用吗?

约翰·斯特劳布教授是建筑科学领域最聪明、最博学的人之一,在2009年写了一篇关于被动屋项目的评论.他将符合被动屋要求的住宅与美国能源部“建设美国”项目中的住宅进行了比较。这是一本很好的读物,也是理解北美被动屋标准需要修改的一个很好的起点。以下是他的结论:

实现15千瓦时/米的被动式节能目标2/年的现场供暖能源使用,导致的材料和金钱投资往往会超过其他成本较低和对环境有影响的项目解决方案。实现同样任意的120千瓦时/米2比供暖目标更直接的环境效益,但最好(即成本和环境损害最小)使用一些现场或可再生的场外发电。

随着新的清洁、本地和可再生能源在未来25年内投入使用,并变得比目前的光伏价格更实惠,被动式住宅为满足特定要求而采取的极端节能措施不太可能被认为是寒冷气候住房的最佳资源配置。

第二年,绿色建筑的亚历克斯·威尔逊也发现了被动屋计划不适合北美的需要.他列举了三个主要的不足之处,并提出了相应的建议。

  • “在供热或制冷负荷非常高的气候条件下,被动式房屋标准目前可能难以实现。”他的建议是把重点放在能源上,而不是在非常热或冷的气候中加热和冷却负荷。毕竟,在寒冷气候下的家庭不需要太多(或任何)冷却负荷,所以“为什么不允许一些能源用于供暖呢?”关键是源能量。
  • 被动屋的目标是基于建筑面积的。威尔逊指出,这意味着:“较大的房屋可以使用更多的能源并达到标准,而较小的房屋则更难认证。”气密性要求是基于ach50,这也是贷款偏爱大房子
  • 鼓励现有建筑建造被动式房屋。“解决我们的气候危机需要极大地关注现有建筑,而像被动屋这样的强大标准可能是实现这一目标的极其重要的工具。但现在要实现这个目标太难了。”他建议召集一个专家小组,“提出一个更合理的北美被动式房屋改造标准。”

Treehugger的Lloyd Alter看到了Wilson的文章,也写了一篇文章。在他2010年的文章中,被动屋:对美国来说太死板了,他总结了威尔逊的批评,并以“都说得好”结尾。

他们是对的。被动屋是一个精品项目,并且注定会一直是一个符合PHI要求的精品项目。

介绍PHIUS+ 2015被动式建筑标准

当斯特劳布和威尔逊撰写他们的评论时,PHIUS是一个独立的组织,作为PHI在北美的代理人。2011年,PHI取消了与PHIUS的合同。2014年,PHIUS推出了新的气候特定被动房标准。

标准适应报告,他们在文章中提到了一刀切的方法所带来的问题,“在某些气候条件下,这导致了非常昂贵的项目;在其他地方,它产生了重大的热舒适问题。“(p。5]我写这篇文章可能会被指责诋毁PHI,但事实是被动屋标准需要修改。以下是报告中的另一段话:

几乎每个项目都带来了新的气候挑战。这些情况有时会导致项目出现与20世纪70年代早期“大块玻璃”设计相同的过热问题。在其他情况下,例如在路易斯安那州,德国衍生的标准没有考虑湿度负荷,对冷却需求的预测不准确。(p。5]

因此,PHIUS在保持被动屋整体结构和意图的同时,做了一些改变。它仍然是被动式住宅,但现在已经与被动式住宅有了一些不同。以下是主要的变化:

密封性:从0.6 ACH50降低到0.05 cfm50/平方英尺。

源能源:(1)从每平方英尺改为每人;(2)将源能量因子改为美国平均值3.16;(3)基于美国数字(来自RESNET)的照明和杂项电力负荷;(4)“将能源限制在6200千瓦时/人/年,并在几年内收紧到4200千瓦时/人/年;”(5)考虑光伏(PV)输入或其他现场可再生电力,就像太阳能热水一样。

空间条件:供热和制冷负荷的年度和峰值目标因气候而异。

这三件物品包含了很多东西!第一个是我们中的一些人很久以来一直在呼吁的。关于ACH的问题,我写了两篇文章(在这里在这里)。正如Wilson在他的文章中指出的,ACH倾向于大房子。

能源的变化主要是为了使该计划符合北美建筑的现实,并给予光伏一个公平的待遇。更根本的变化是从基于建筑面积的目标转变为基于人数的目标。对最后一部分的探讨可能值得单独写一篇文章。

最后,制定针对气候的标准只是其中一个重大变化,而这也发生在供热和制冷负荷目标上。现在,你可以使用为项目所在地的气候制定的目标,而不是每平方英尺4.75 kBTU或3.2 BTU。进入PHIUS+标准页面然后在地图上点击一个位置,找出你的数字。

开发这个新的被动式房屋标准需要大量的科学研究。PHIUS曾与建筑科技公司使用美国能源部的拨款。我现在很想马上解释优化过程,但让我们下次再讨论这个问题。在本文中,我已经向您抛出了很多内容。如果你想了解这些变化背后的科学原理,下载并阅读标准适应报告pdf).

PHI在过去几年里对Passivhaus做了一些调整,它比以前更好了。太好了。PHIUS所做的改变更广泛,我相信,更适合北美建筑的现实。

停止抱怨;我们有工作要做!

被动式房屋的主要目标之一是减少我们对环境的影响,对吗?我们有一些严重的问题,我们可以通过减少能源使用来帮助解决。我们应该寻找做到这一点的最佳方法。认为4.75或0.6这两个数字是上帝传下来的,这是荒谬的。(我听说这句话写在摩西从山上带下来的石版的背面。)我们的目标是设计、建造和翻新建筑物,使它们舒适、耐用、健康和节能。被动式房屋可以,也应该是做到这一点的最佳方式。

15年前从德国引进的被动屋项目是有缺陷的。GBA编辑Martin Holladay是另一位评论家为更好的项目指明了方向在过去的十年里。这是他画的一张草图,清楚地说明了这个项目存在的问题。你认为哪种情况会节省最多的能源?

Martin-Holladay-Passive-House-foam-hog-sketch.jpg

我们并不总是有能力把这七层隔热层分布在七所房子里,但我们必须着眼于更大的图景。不幸的是,很多人在这个问题上似乎都有点近视。如果PHIUS给出了修改标准的理由,我们就会被指责为“诋毁PHI”。因为我们修改了标准,我们被告知不应该称自己为被动房屋。如果我们说"少填点"他们会说"非常美味。“我们就是赢不了!

忘了它吧!PHIUS做被动式房屋。我们有一个修改过的标准。我们会一直在这里。现在,我们有工作要做。有兴趣的人来加入我们吧。或者按你自己的方式去做。如果你想知道PHIUS在做什么,9月来费城参加第11届北美被动房会议

让疯狂开始吧!

Allison贝尔斯是乔治亚州迪凯特的一名演讲者、作家、建筑科学顾问,也是《能源先锋博客.看看他的深度课程,掌握建筑科学并在推特上关注他@EnergyVanguard

4评论

  1. anderslewendal||# 1

    PH值标准
    篇好文章。我几乎什么都同意。在文章的最后,你正确地陈述了我们的目标是建造舒适、耐用、健康和节能的家园。我建议我们再加上“负担得起”。所有新房的成本中约有24%来自监管。有些是必要的,但很多不是。

  2. 专家成员
    Dana多赛特||#2

    使用单一的美国电网能源因素是荒谬的…
    ...和it's based on woefully stale data in a rapidly evolving grid.

    这是我以前提出过的批评,但现在它比以往任何时候都更有效。由于欧洲国家的地理规模相对较小,其国家电网通常由单个国家实体控制,因此在欧洲模式中使用全国范围的单一平均水平是有一定意义的。在美国,有多个独立运营的电网地区,其中一些地区与邻近地区的电网连接如游丝般薄。ERCOT)。

    对PHIUS有任何有效性的最粗略的地理平均汇总将是北美主要电网区域:

    http://www.opuc.texas.gov/images/NERC_Interconnections_Map.jpg

    http://www.geni.org/globalenergy/library/national_energy_grid/united-states-of-america/graphics/nercmap-2006-04-07.jpg

    虽然根据位置将其分解为7-8个不同的电网源能源因素需要对PHIUS进行更多的分析,但它至少与特定被动屋的真实影响有一些模糊的相似之处,而使用全国平均水平(基于10年前的数据集)则没有任何相似之处。

  3. 专家成员
    马尔科姆·泰勒||# 3

    安德斯
    您能否详细介绍一下我们对可负担性及其与监管的关系的看法?我感兴趣的是24%从何而来。既然土地使用和建筑都受到监管,那么100%的建筑成本肯定是由它们“衍生”出来的吗?你认为哪些法规会给房屋增加不必要的成本——尤其是在讨论被动房屋标准的背景下,这些标准会给建造过程增加可观的费用。

  4. anderslewendal||# 4

    被动式房屋标准
    马尔科姆:我希望我能给你一个好的答案。蒙大拿Bozeman目前正在编写新的统一开发代码。我鼓励我们的城市工作人员在阅读这份庞大的文件时考虑负担能力。通常,规划者考虑的是一致性和组织,而不是可承受性。UDC中的每一个字都对负担能力产生影响。这不是一件容易的事。我最近建造了一个被动式住宅,它应该符合PHI协议的98%。该项目超出常规法规、规范、人工和材料的成本约为15%。我个人认为,在15%之前,真正的机会成本会产生实质性的收益递减。我的客户出于舒适和其他原因选择向前迈进。 At least they made an educated decision to do so.

    在全国范围内,我们需要重新考虑监管的成本。24%是一个巨大的数字。有些规定是必要的,但许多规定可以简化或修改,以提高灵活性。

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