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绿色家园

20世纪80年代的被动式太阳能住宅

科罗拉多这座房子屋顶上的两个太阳能集热器是带有整体水箱的批量集热器。屋顶悬垂和二楼露台的设计是为了在夏天为朝南的玻璃遮阳,同时仍然允许冬季的低太阳深入渗透到室内。
图片来源:Robert Opaluch
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车库门位于房子的西侧。在夏天的下午,没有遮阳的朝西窗户有时会导致过热。
图片来源:Robert Opaluch
一楼朝南的玻璃窗包括一扇8英尺宽的Andersen滑动玻璃露台门。这个推拉门的两侧各有两个现场建造的4 ' x 6 '固定双层玻璃窗。
图片来源:Robert Opaluch
在冬季,当太阳停留在地平线的较低位置时,阳光会深入到房屋的深处,在冬至(12月21日)时,最大穿透深度超过13英尺。
图片来源:Robert Opaluch
这张照片显示的是房子的东北角。北墙覆盖了1英寸厚的箔面聚异氰脲酸酯。东墙的角落覆盖了半英寸胶合板,其他地方覆盖了半英寸箔面聚异氰脲酸酯。
图片来源:Robert Opaluch
垂直XPS绝缘安装在基础墙的内部。覆盖楼板的地砖并没有一直延伸到混凝土基础墙。橡木胶合板跨度约10英寸,从靠近楼板外缘的瓷砖,越过XPS绝缘材料的顶部,到未被外墙覆盖的基础墙顶部部分。楼板下方和楼板下方的混凝土砌块均未安装水平绝缘材料。
图片来源:Robert Opaluch

这座位于科罗拉多州博尔德的两层住宅的设计遵循了永恒的被动太阳能原理

早在20世纪80年代初,我在科罗拉多州的博尔德建了一个1480平方英尺的被动式太阳能住宅。自那以后,有源太阳能设备有了实质性的改进。但是,今天的被动式太阳能设计原则与20世纪80年代早期鼓吹的原则非常相似。太阳能为这个家庭提供了几乎所有的冬季供暖和热水。我通过取消中央供暖系统节省的成本被投资在热质量、额外的绝缘和更好的玻璃上,所以与传统建筑相比,没有额外的建筑成本。

太阳能和电力备份

建筑在1982年中期开始,一年后我搬进来了。在接下来的两年里,我全职工作,同时完成室内工作和景观美化。

住宅朝南的窗户满足了大部分冬季供暖需求。太阳能热量储存在高质量的地板(瓷砖覆盖的混凝土板),并通过超级绝缘的建筑围护结构保存。两个被动式太阳能(间歇式)热水箱提供了几乎所有的家庭热水。电辐射热和一个小的电热水箱作为备用。

作为设计过程的一部分,每个单独的房间都进行了导热热损失、空气渗透和太阳能增益的计算。在寒冷(5600度)但阳光充足的冬季气候下,冬季取暖费用大约为25美元/月(以2014年美元计算)。公用事业成本如此之低,以至于热泵或中央供暖系统的成本都不合理。

温度保持在舒适的范围内

主生活区朝南的窗户墙,得益于高质量的地板和超级绝缘,导致典型的冬季室内温度波动为68°F至78°F。在一个阴天之后,在没有使用备用暖气的情况下,第二天早上温度降到了65华氏度。极少的情况是,连续两天或两天以上的阴天之后,气温会降至华氏63度。有记录的最低室内温度为59°F;这种温度在五年内出现过一次,是在多次阴天没有使用备用热量之后。

在经历了五年来最冷的时期,室外温度在华氏0度以下持续了五天,晚上下降到华氏-15度。然而,一楼主要起居区域的室内温度攀升至华氏70多度,到清晨时降至华氏65度左右,而且没有使用备用暖气。

在楼上的卧室里,备用暖气只在有人居住的卧室里最冷的夜晚使用。典型的冬季室内温度波动范围为65°F至82°F。楼上的三间卧室都有一扇朝南的滑动玻璃门,通往一个公共平台,在夏季为下面的窗户遮阳。

简单的设计

该住宅是一栋20英尺× 40英尺的两层住宅,北侧有一个附属车库,类似于殖民地式或盐盒式设计。住宅的基础由混凝土等级的梁组成,梁的周围是一个等级的板。屋顶是用桁架架起来的。雪松壁板和雪松瓦屋顶符合社区建筑控制委员会要求的风格。

一楼的主要起居区域是开放式的,设有厨房、家庭娱乐室和用餐区。楼梯是u形的。有一扇通往车库的门,还有一条带洗衣区和半浴室的短走廊。

楼上有三间朝南的卧室,一间朝北的书房和一间完整的浴室。东侧是为后来的扩建而设计的。扩建项目可以增加一个气闸入口、一个正式的客厅和一个餐厅,还可以扩建主卧并增加一间浴室。

被动式太阳能

主动太阳能系统使用集热器、泵、风扇、控制器或其他设备来使用和存储能量来运行。

直接增益被动太阳能供暖有三个必要组成部分:

  • 显著的朝南玻璃捕捉冬天的阳光。每个可居住的房间或空间都需要朝南的窗户或天窗,占建筑面积的25%左右。在冬季,窗户必须至少从上午10点到下午2点得到无遮挡的阳光。
  • 超级绝缘和紧密结构,最大限度地减少热量损失。如果建筑的隔热性能差或漏水,仅靠朝南的玻璃无法吸收足够的热量,使建筑在寒冷的气候中保持舒适。
  • 在白天吸收太阳热量,然后在夜晚太阳不再照耀时将热量辐射回来。

热质量的例子包括混凝土楼板,砖墙,大型水箱或管道,石制品或瓷砖在建筑的热围护结构内(保存储存的热量)。空气、木材和布料都不能保持足够的热量,使家庭在很长一段时间内保持舒适。热质量是减少室内温度波动的必要条件。否则,下午的温度会变得太热,而太阳升起之前的温度会变得太冷。当空气温度高于热质量时,热质量吸收热量,当周围空气温度低于热质量时,热质量释放热量。

朝南的玻璃

一楼朝南的玻璃窗包括一扇8英尺宽的安德森(Andersen)滑动玻璃露台门,门框是乙烯覆木。双层玻璃窗的额定值约为R-2。这扇推拉门的两侧各有两扇现场建造的4 ' x 6 '固定双层玻璃窗,同样额定为R-2。(一楼的窗户墙见图#3)

这种玻璃为640平方英尺的一楼区域提供了约140平方英尺的朝南玻璃。这个比例略低于建议的经验法则(提供朝南的玻璃等于25%的楼面面积)。典型的传导热损失,渗透和太阳增益计算被用来估计所需的玻璃面积。

三扇窗户(一扇4 ' x 5 '的双层开窗和一扇3 ' x 2 '的遮阳篷窗)朝西,朝向山脉,而一扇单一的窗户(一扇3 ' x 2 '的开窗)朝北,用于交叉通风。

二楼有三间卧室,每一间都有一扇类似的安徒生(Andersen) 6英尺宽的朝南天井门,可以通往一个四英尺深的阳台,阳台横跨房屋的南侧。卧室朝南的玻璃占面积的比例为两间较大卧室的20%左右,最小卧室的27%左右。房子西南角的卧室也有两扇朝西的小开窗。

在夏季的几个月里,二楼的露台为一楼的玻璃遮阳,因为正午的时候太阳基本上都在头顶上。卧室的天井门被屋顶的悬垂遮蔽着。在冬季,当太阳在地平线上保持较低的位置时,二楼的露台和屋顶悬垂完全没有遮挡朝南的窗户。阳光能深入屋内,在冬至日(12月21日)的最大穿透深度超过13英尺。

从11月下旬到1月,从上午10点到下午2点,大量的阳光可以通过朝南的窗户墙照射到瓷砖板地板上(热质量),储存热量。从5月下旬到7月,几乎没有阳光穿过朝南的玻璃。

带有整体水箱的批量式太阳能集热器

屋顶上安装了两个带有整体水箱的批量式太阳能热水收集器。

â€ⅱ除玻璃区域外,罐体是绝缘的。

â€ⅱ每个单元内部的水箱覆盖着镍选择性表面,最大限度地减少夜间的热辐射。

â€ⅱ水箱采用串联管道,以尽量减少流入的冷水与最热的水混合的机会。

â€ⅱ位于屋顶的温度/压力释放阀,如果水温达到沸点,释放热水,这是从未观察到的。

â€ⅱ室内安装了回火阀,以确保任何过热的水自动与冷水混合,防止烫伤。

这两个太阳能热水箱为两个居民提供了足够的热水,除了冬天的早晨,水只有温热。到了下午(和整个晚上),太阳能加热的水又变热了,不使用任何备用的水加热。如果需要的话,可以在冬季早晨打开一个小型备用电热水器,以提高太阳能热水箱输出的温度。

上限绝缘

房子上方的阁楼用玻璃纤维隔热棒隔热到R-60。在最炎热的夏天,用一个脊式通风口和一个由恒温器控制的阁楼风扇为阁楼通风。风扇似乎有助于减少夏季楼上卧室的热量,但没有测量来证实这一结果。

阁楼的入口是一个矩形的石膏板,附着在一堆聚异氰脲酸酯泡沫板上,以增加其绝缘价值。折叠的聚乙烯板被用来抑制通过舱口边缘的气流。

位于车库南半部的二层书房有一个没有通风的绝缘斜屋顶;聚异氰脲酸酯绝缘额定为R-27。这个房间有一扇朝北的天窗。夏天的时候,房间热得厉害;天窗上的外罩有助于减少太阳能增益。这个房间除了用作储藏室外一直闲置着。

地板和地基绝缘

隔热最关键的组件是主生活区的瓷砖混凝土板地板;平板的热质量是被动式太阳能设计的重要组成部分。基础的等级梁在墙外有2英寸XPS泡沫板(R-10);绝缘的上面部分用铝闪光保护。

在梁和板之间安装了额外的垂直XPS泡沫层;这些绝缘层在R-35到R-50之间。楼板被R-45保护,不受户外影响(在一些R-60无法到达的地方)。

墙壁的超绝缘和空气密封细节

所有的外墙都在2×6螺栓之间用R-19玻璃纤维隔热(安装在中心24英寸处)。壁板由3 / 4英寸的雪松船板组成。

â€ⅱ北面和西面的墙壁覆盖了1英寸厚的箔面聚异氰脲酸酯。斜钢支撑被用来防止货架。

â€①由于南墙有更多的玻璃比不透明的墙壁面积,并且由于南墙经常被太阳辐射加热,墙壁被胶合板覆盖。

â€ⅱ东墙是为将来的扩建而设计的。它的角落用半英寸的胶合板包裹,其他地方用半英寸的箔面聚异氰脲酸盐包裹。

â€ⅳ墙角和交叉点用XPS泡沫板进行绝缘,切割以适合螺栓之间。

â€ⅱ窗户和门的头都是2倍的2x12英寸,用2倍的钉子完成头的内部底部;头部的其余内部区域用2英寸厚的箔面聚异氰脲酸盐绝缘。

â€ⅱ用管道胶带粘住了护套接缝,以形成空气屏障。

â€①在墙壁上的每个绝缘隔板沿螺栓和板的边缘与护套接触处有一颗罐装喷雾泡沫珠,以限制空气泄漏。

â€ⅱ在所有外墙的内侧安装了一层聚乙烯,然后安装了石膏板,注意空气密封。

â€ⅱ只要有可能,电箱就放在内墙上。在外墙,电器箱有一个泡沫垫圈和儿童安全插头在任何未使用的插座,以限制空气泄漏。

â€ⅱ管道被挡在外墙之外。

管道:减少热量损失和浪费的水

管道系统的设计和安装尽量减少热损失和浪费的水。

â€ⅱ几乎所有住宅的管道都位于10英尺宽、两层楼高、垂直堆叠的紧凑管道隔板内。更短的热水供应管道长度最小化了安装成本,减少了浪费的水和等待热水到达水槽或电器的时间。一楼的隔板将厨房与一楼的浴室和洗衣房隔开。二楼的浴室就在半浴室和洗衣区的正上方。所有的固定装置都位于这些管道隔板附近。备用的小电热水器挂在洗衣机上方的搁栅上。烘干机上方的天花板附近有一个防止太阳热水烫伤的回火阀和其他阀门。

â€ⅱ热水管和备用热水箱绝缘。

â€ⅱ通向安装在屋顶上的太阳能集热器的管道用恒温控制的热胶带包裹,并被高度绝缘。

â€ⅱ管道穿过水管墙顶板的孔用泡沫密封。

隔音和额外的热质量

室内非承重隔板是隔音的。

â€ⅱ用玻璃纤维胶条绝缘

â€ⅱ在一些分区上的双层干墙增加了额外的热质量和降低噪音

â€ⅱ安装在隔墙上的石板墙和底层地板之间的缝隙被填塞,以减少声音的传播

â€ⅱ室内门是出售的松木芯

在隔音墙的另一边,几乎听不到敲击声和爆炸声。为了减少声音的传播,二楼也采用了绝缘材料。虽然绝缘材料是用来隔音的,但它确实把所有楼上的房间隔离起来,使一些房间保持不加热。但实际上,这并没有什么用,因为有大量的被动太阳能。在一些墙壁上安装两层石膏板,并没有简单的方法来测量额外的热质量的贡献。

窗帘和绝缘百叶窗

家里所有的窗户都有褶皱窗帘和自制的绝缘百叶窗。

大多数家庭的百叶窗通常只在暴风雪或阴天使用。卧室的百叶窗也有助于保持卧室的黑暗。

车库隔热和门

除了滑动天井门,这栋房子还有另外三扇外门。一扇R-5绝缘钢门从家里通往车库。车库有一扇防风雨的木门通向户外,还有一扇16英尺宽的头顶车库门,用一英寸的聚异氰脲酸盐绝缘。

2×4车库的墙壁由胶合板覆盖,并以雪松壁板完成。在车库的内部,螺栓用R-11玻璃纤维棒绝缘,并用石膏板完成。

车库的基础墙在与房屋地基相交的几英尺处用XPS进行了绝缘,以减少房屋的热损失。

热质量

卧室的一些隔板上安装了双层石板墙,以增加一点热量,但额外的石板墙不足以将温度波动保持在足够低的水平,使人感到舒适。在典型的阳光明媚的下午,卧室温度会达到华氏80多度,到黎明时降到华氏65度左右。在最冷的夜晚,我们会在夜间使用天花板上的备用辐射热。在大多数冬天的夜晚,我们会在睡觉前让卧室通风降温。

这个直接增益被动式太阳能住宅在一楼有一块4英寸的混凝土板,瓷砖作为主要的热体。在楼板下方是一层混凝土砌块,将其侧向翻转,形成穿过楼板下方南北方向的空气通道。恒温控制的鼓风机可以从一楼天花板拉出暖空气,通过内墙向下到达混凝土砌块层。空气通过混凝土块通道,通过位于一楼西南角和东南角的两个楼层通风口返回一楼。

该系统是由一名顾问推荐的,以增加在阳光明媚的冬季下午从暖空气中提取的热量的储存能力。实际上,这种额外的热量储存似乎是不必要的。风机的运行还增加了室内空气中混凝土的气味,并增加了室内空气中氡气体污染的可能性。房屋完工后进行的氡测试显示为阴性。然而,砌块可能比单独的混凝土楼板提供更多的热质量和温度稳定性。

该设计包括混凝土板和基础墙之间的热裂缝。垂直XPS绝缘安装在基础墙的内部,直到基础的顶部(等于板的顶部)。覆盖楼板的地砖并没有一直延伸到混凝土基础墙。橡木胶合板跨度约10英寸,从靠近楼板外缘的瓷砖,越过XPS绝缘材料的顶部,到未被外墙覆盖的基础墙顶部部分。(详见图6所示的墙体、基础和楼板施工细节)

楼板下方和楼板下方的混凝土砌块均未安装水平绝缘材料。从混凝土等级梁下面的楼板到地面的距离是将任何来自地面的冷却或热量与当前季节不相符合的距离。夏天的炎热或冬天的寒冷需要6个月的时间才能到达冰板。所以热量会在冬天到达,在夏天冷却。此外,沙子和泥土本身也提供了隔热和储热功能。地面温度从50华氏度上升到70华氏度。实际上,楼板下面缺乏绝缘材料似乎没有明显的问题。

为了防止瓷砖地板和混凝土板开裂,并防止水分吸收,采取了一些预防措施:

â€ⅱ用租来的夯土设备夯实了乱动的土

â€ⅱ在浇筑混凝土楼板之前,楼板面积静置数月

â欧①在地面上铺了几英寸的沙子

â€ⅱ在沙子上安装了聚乙烯蒸汽屏障

â€ⅱ放置在旁边的混凝土块安装在沙子上,以获得额外的热质量,并在板下提供通道,循环暖空气,以额外的热量储存

â€ⅳ/ 4 "胶合板沿混凝土砌块层的南北边缘放置在露天风道上(以防止浇筑的混凝土填满风道)

â€ⅱ浇筑楼板之前,在混凝土砌块和胶合板覆盖的区域上安装聚乙烯板

â€ⅰ覆盖了一楼大部分区域(约17 ' 6 " x 29 ' 6 ",在基础墙和内部泡沫板绝缘内部)的4英寸混凝土板被分为三个部分。其中一部分覆盖了13 ' 6 ' x 22 '的主要开放式生活区的大部分区域;另一部分覆盖了厨房、浴室和洗衣房,第三部分位于u型楼梯下和部分用餐区。如果确实出现了裂缝,它们也会出现在厨房早餐吧台、楼梯或小餐桌区域的下方,而不是在地板区域的中间随机出现。没有出现裂缝。

â€ⅱ排水瓷砖安装在混凝土等级梁的底部,在外部。这条排水管通向两口干井。

自由空调从热质量

许多人在一个冬天的下午参观过这所房子,他们说:“如果房子在冬天还这么暖和,它一定会变暖的。真的夏天真热!”夏天中午来过的人说:“夏天屋里这么凉快,一定是这样。冻结在冬天!”

房子内部的温度怎么可能与季节相反呢?这就是设计良好的被动式太阳能住宅的魅力所在。

â€ⅱ在冬天,太阳在正午的时候保持在地平线上的低位置,通过朝南的大窗户提供充足的光线和热量。

â€ⅱ夏天室外炎热的时候,正午的阳光直射在头顶上,直射在屋顶上,而不是房子朝南的那一面。(这栋房子采用了R-60型阁楼隔热材料,外加一个阁楼风扇和用于给阁楼通风的脊式通风口。所以在炎热的夏天,室内相对凉爽。)

â€ⅱ早晨,太阳照在房子的东侧。(这栋房子没有朝东的窗户,也没有隔热效果很好的墙壁。)

â€ⅱ下午,太阳照在房子的西侧。所以,这座房子在夏天保持凉爽,直到太阳照到那些朝西的窗户上。(夏天最好种植落叶树,为朝西的窗户遮荫!)

保持楼下区域感觉像空调的额外奖励是瓷砖混凝土板地板的热质量。到了晚上,打开二楼走廊的小窗户,凉风顺着楼梯飘下来,落在楼板上,使楼板冷却下来。在炎热的日子里,窗户关闭,板保持房间凉爽,因为它吸收热量,保持室内凉爽直到下午晚些时候。当阳光无情地透过朝西的窗户照射进来时,室内温度攀升至华氏70多度。这不是“空调”,但仍然比室外的90度好。

用户体验

住在一个在寒冷的冬天下午也能提供非常温暖温度的房子里是什么感觉?在隆冬明媚的阳光照射进来是什么感觉?夏季正午室外温度高达90多华氏度时,阴凉处的温度又如何?然后免费得到这个?

大多数人都想拥有这些特征的一部分或全部——尤其是那些不喜欢寒冷或黑暗的冬天的人(比如我)或患有季节性情感障碍(SAD)的人。有没有人喜欢更高的公用事业费用?今天,我们在更多的家庭中不使用超级绝缘和被动式太阳能的设计原则是不合理的。通过取消中央供暖系统,把钱花在绝缘材料和更好的窗户上,你会得到很多回报。只要把你的房子朝向冬天的阳光就会有很大的不同。

除了节省公用事业成本和热舒适度,建造被动式太阳能、净零能源、被动式住宅或超绝缘和紧密住宅还有其他潜在优势:

â€ⅱ这样的住宅具有可持续发展的潜力,可以改善空气质量,减少导致全球变暖的温室气体排放。

â€ⅱ不依赖燃油或电作为主要热源和热水来源的家庭更有弹性。你面临的供应中断和公用事业成本上升的风险更低。

â€ⅱ被动式太阳能或太阳能回火住宅有助于人们与季节和每日的光与暗、冷与暖的循环保持联系。

â€ⅱ我自己设计和建造了这个家,这是很多工作和经济压力,但这是我一生中最伟大的成就之一。

经验教训

下次我会做什么不同的事?在我最近设计的一座为多云寒冷气候设计的超级隔热住宅中,有些规格是不同的:

•使用更高的绝缘等级(R-80+天花板,R-40+墙壁和地板,R-5窗户)
•消除漏水的滑动玻璃门,只使用三窗格,低e,氩填充窗扇和固定窗户
•将朝西的玻璃减少到几乎没有,这很容易与东西轴线的长足迹
•使用更新的空气和水分密封产品和技术
•安装HRV
•多云天气不要使用太多的热质量,特别是混凝土块主动热空气储存系统

根据这些经验提出的建议:

•根据地理位置、地理位置、地理位置来选择房子的位置,当然也要考虑到日照和朝南的景色
•将住宅和大部分窗户朝向南,拥有较长的东西轴线
•花时间和投资大量的绝缘,紧密的建筑材料和实践,以及最好的质量的材料
•使用厨房布局标准,在冰箱、灶台、水槽和烤箱的侧面有足够的空间
•安装大量的电源插座和方便功能
•从专家、书籍、网络和教育活动中学会做你不知道的事情
•冒险建造自己的房子

Bob Opaluch对节能住宅建筑、被动式太阳能设计以及设计和制造家具有着毕生的兴趣。他在博尔德设计和建造了被动式太阳能住宅,在马萨诸塞州翻新了一所房子,为朋友和家人设计和建造了几十件家具。他最近在罗德岛州普罗维登斯市的一个成人教育组织“终身学习合作可持续建筑”(Sustainable Architecture for终生学习合作”)主持了一门课程。鲍勃拥有布朗大学(Brown University)的哲学和应用数学学位,以及加州大学洛杉矶分校(UCLA)的心理学硕士和博士学位。他做了五年的心理学教授,做了20年的可用性和设计工程师。鲍勃是个离异的单亲母亲。他的儿子今年开始上大学。

一般规格和团队

地点: 博尔德有限公司
卧室: 3.
卫生间: 1.5
生活空间: 1480

建设

基础:周围的混凝土等级梁周围的楼板

基础周边垂直绝缘:R-45 XPS

墙施工:2x6螺柱,24”o.c.。

墙保温:R-19玻璃纤维电池加上半英寸或1英寸聚异氰脲酸盐的外观

支持:对角线3/4英寸船板雪松板

上限绝缘:R-60玻璃纤维球棒

窗口:双层玻璃滑块,窗扇和遮阳篷

屋顶结构:屋顶桁架(无条件阁楼)

屋顶:雪松木瓦

生活热水:两个带有电阻备份的批量型太阳能集热器

空间加热:具有电阻备份的被动式太阳能设计

能源规格

5600加热度白天气候

水效率

管道芯的设计是为了保持管道的长度

替代能源利用

可再生能源设备:两个被动(批量型)太阳能集热器

20的评论

  1. 用户- 723121||# 1

    永恒的
    这篇文章写得很好,想想和传统的房子相比,这个房子在使用期间节省了多少化石能源。考虑到20世纪70年代末和80年代初的超级绝缘运动所提供的所有质量信息,我们今天的建筑仍然很糟糕,这是令人惊讶的。

  2. 专家成员
    Dana多赛特||#2

    另一件不同的事情…
    外部采用iso箔面,内部采用聚乙烯,这样的组件对水渗透到壁腔的弹性不是很强,这就要求组件在第1天就构建到近乎完美的状态,并在第10天保持这种完美状态。墙壁没有固有的干燥路径。

    此外,与电网挂钩的光伏太阳能很可能在2025年(可能在2020年)之前,在没有补贴的情况下,全成本达到50美元/瓦的范围,这意味着在生命周期的基础上,每千瓦时将比美国任何地方的居民-零售固定费率更便宜。在一个供暖/制冷耗电量非常低的房子里,使用光伏发电实现净零能耗将是非常便宜和容易的。可以说,所有的新建筑都应该为此进行规划,即使它没有在第一天安装。

    展望未来,我怀疑真空绝缘玻璃将比低e氩气三层玻璃更便宜,并将在SHGC和u系数三层玻璃上优于三层玻璃(我还在等待,但据说它们将在今年上市),使它们成为被动式太阳能应用的一个灌篮。

  3. 罗伯特Opaluch||# 3

    另一件不同的事情…
    黛娜:我同意,即使在如此干燥的气候下,把水蒸气锁在墙内的两层墙是一个设计错误。带有插座的插孔最终会产生霉菌,可能还会因为结冰的水或木头腐烂而导致玻璃纤维恶化。那时,密封插座盒的选择并不好,聚乙烯层应该被删除。我还听说异氰酸盐的r值在低温下没有额定值那么高。现在我将使用2”+的XPS绝缘板,具有更高的有效r值。在整个过程中增加绝缘,这也意味着减少玻璃。

    我希望那些真空隔热玻璃窗价格合理,它们将是理想的高r玻璃。

    我们的目标是零能耗家庭,而不仅仅是减少大部分的取暖费和热水费。我敢打赌,今天在阳光明媚的落基山脉前区,光伏发电的成本将超过电网发电,但我没有数据。本网站的另一篇文章指出,光伏电池板价格在过去一年左右下降了45%,在过去两年下降了60%。在目前的激励下,在阳光明媚的美国南部气候条件下,光伏可能是合理的。

  4. 专家成员
    马尔科姆·泰勒||# 4

    丹娜
    如果这个问题已经讨论过了,很抱歉,但是你能不能详细说明一下在新版本中规划未来PV的过程中涉及到的内容是什么?

  5. 罗伯特Opaluch||# 5

    还在建造隔热性能差、能源效率低的房屋
    道格,我认为美国建造的房屋仍然需要很高的取暖和制冷能源账单是可悲的。设计一个超级绝缘的房子非常简单,只需要很少的加热和冷却。建造一个被动式太阳能直接获得热水预热箱是相当简单的,至少可以节省一半的热水供暖费用。很快,人们就会悲哀地发现,他们没有安装PV来满足大部分的电力需求。我们可以“抵押”光伏或绝缘的成本。我们可以取消中央供暖系统,用省下来的钱买隔热材料和更好的窗户,这样就很少需要砍伐树木了。我们可以调整房子的方向,把大部分玻璃朝南移动(通常只花很少的钱或不花任何钱)。那么,为什么这些工作还没有完成呢?无知?没有做热量损失,太阳能的吸收和节约计算? Maybe because builders incur the costs and buyers see no reason to pay for those costs? Outdated building codes?

  6. 专家成员
    Dana多赛特||# 6

    每瓦大约50美元……
    ...在美国大部分地区,与电网挂钩的光伏发电的生命周期成本低于住宅零售费率。在像夏威夷这样的高电价州,它在没有补贴的情况下是有竞争力的;在新英格兰州,它在有各种税收抵免和其他补贴的情况下是有成本竞争力的,目前补贴前的价格是4.5美元。

    要计算出PV的水平成本在哪个价格点(补贴或其他)优于当地居民零售价格,你可以使用NREL计算器工具:

    http://www.nrel.gov/analysis/tech_lcoe.html

    要知道在该计算器中插入什么容量因子(平均年产量除以名义峰值产量),请注意,对于美国南部48个州的非跟踪阵列,PV的变化约为10%到25%。在新英格兰地区,平均气温约为18-20%——在雾霾最严重的沿海地区略低,但在西南部空气清新的地区,平均气温在20%到20%之间。即使是西雅图也能达到14%,但这比雾蒙蒙的海岸要好。看到的:http://costing.irena.org/media/3557/fig-69.png

    使用那个计算器,插入1500美元/千瓦时,3%的折扣率,18%的容量因子,即使我在20岁时每年增加100美元的维修/更换逆变器的成本,使用我目前约16美分的电价和1%的公用事业价格通胀,PV仍然超过40年的电网价格。如果我回到20年前,在运行/维护上花费50美元(在20岁时扔掉系统),它仍然比1%通胀下的电网价格高。在3%的电网膨胀率下,20年或40年都是十拿九稳的。

    大多数房主不像公用事业公司那样有40年的资本投资计划,所以通常是以25年为基础计算的,但即使这样,也很难让预期租期低于10年的房主愿意接受。但在定价上有足够的套利,第三方拥有住宅屋顶阵列是有利可图的,以支持一个巨大的和快速增长的业务,这种模式得到监管机构的允许,特别是在有大量的国家和地方补贴可以积累到第三方光伏业务。通常可行的方法是,太阳能公司给房主20 -25年的固定电价,低于目前的住宅零售电价,并在期间结束时选择收购系统。第三方收集任何补贴,如生产信用等,有时与当地公用事业公司单独的电力购买/销售协议,通常以现货市场的批发电力结算价格出售,但这是不同的。由于光伏输出与电网峰值负荷有很高的重叠,这些电力可以以固定住宅零售费率的几倍出售给公用事业公司,但这些细节根据监管环境有很大的差异。

    但是在十年内,第三方模式可能就没有意义了,因为新的PV将非常便宜,可能低于1美元/瓦的全部成本,并且净计量问题将变得更加复杂。在本地电网存储的某个价格点上,将会有强大的财政激励,促使整个社区建立自己的微电网,这些电网本质上是与主电网隔离的,只在需要时从电网运营商购买电力,在经济上有利时将电力卖回给电网运营商。RMI的工作人员已经详细分析了这些交叉点,它的到来比你想象的要早。

    http://blog.rmi.org/blog_2014_02_25_will_the_electricity_grid_become_optional

    http://www.rmi.org/cms/Download.aspx?id=10994&file=RMIGridDefectionFull_2014-05.pdf

    在设计一个未来光伏的新房子时,主要要考虑的是屋顶坡度的朝向和遮阳因素。将山墙朝南,屋顶朝向东西,将会减少相当多的总能量。将一个有天窗的朝南的宽阔场地切割也会严重限制用于光子种植的屋顶面积。在新英格兰,一个高r的房子通常可以用大约5千瓦的PV成为净零能源,而在科罗拉多州则会更少。大约每平方英尺10瓦(根据光伏类型和供应商的不同,实际数字相差很大),一个5千瓦的阵列大约需要一个15' x 35'的完整畅通的朝南屋顶。这不是非常小,但它仍然可以放在房子上,如果你为它设计,选址和定位房子。

    很难知道真空绝缘玻璃的最终价格是多少。看起来它应该可以以几乎相同甚至更低的成本生产低e氩双窗格,但最初的生产几年可能会比目前的技术三窗格在高毛利率收回他们的研发和制造设置成本,因为性能将控制价格,直到有更多的竞争。多年来,许多玻璃供应商一直在研究这一技术,但最初使用该技术的住宅窗户预计将在今年某个时候推出。如果你想注册一个可能会被贴上“震惊”标签的网站(也许是一种好的方式?):-)),你可以让Ply Gem把你列入他们的潜在早期采用者名单:

    http://www.plygem-vig.com/

  7. 罗伯特Opaluch||# 7

    很好的资源,谢谢!
    Dana,你的信息很好,也许你应该写一些关于光伏太阳能和真空隔热玻璃的文章。

    对于我为新英格兰南部设计的房子,它是一个殖民风格的两层朝南,12英尺的屋顶超过20'X40'结构,所以朝南的一半屋顶约15'X41',满足您建议的面积要求。

    马尔科姆·泰勒可能想知道,如果光伏不立即安装,任何预先布线或屋顶结构的要求。我还建议在靠近屋顶顶部的地方为屋顶工人安装永久性的锚,以保证以后的工作安全。但我不知道是什么产品,有多少,等等。还要计划电池功率和电池、逆变器、控制器等的位置。

    我听说阿斯利康州的公用事业公司正试图控制房主将电力卖回给公用事业公司,所以这种安排可能会变得不那么有利可图。就弹性而言,人们可能希望至少有一些电池备份,以应对短暂或更长时间的故障。

    真空隔热玻璃听起来不错。我很难想象,如果有一个几英尺长、几英尺宽的真空空间,玻璃在结构上是如何稳固的,但也许真空空间不会对玻璃造成太大的压力。材料科学家认为玻璃是一种液体,我听说它在大型彩色玻璃窗中确实会下垂。也许在窗格内会有一些支撑物,比如凝胶,muntins或偶尔在窗格之间的玻璃桥?你对他们的设计了解更多吗?我填写了plygem的表格,并得到了初步答复,感谢提示。就价格而言,他们的热效率竞争将是加拿大窗户或非常昂贵的德国passivhaus认证的窗户。如果真空隔热玻璃窗户超过R-12 (vip更高),我打赌他们可以像德国产品一样每扇窗户要价2000美元左右,或者以800美元的窗户主导节能市场。

    我想知道这个对话是否应该在另一个博客中重复,以便其他对光伏支付能力或新兴窗户技术感兴趣的人可以注意到它并加入。

  8. davidfay||# 8

    很棒的文章和评论
    嗨,罗布。嗨,黛娜。

    罗伯,谢谢你对被动式太阳能房的设计做了如此清晰周到的描述。让我惊讶的是,30多年后你几乎不需要改变什么。顺便说一句,你用胶带密封空气让我笑了。我猜那时候没有建筑胶带。

    戴娜,谢谢你提供能源均衡成本计算器的链接。这很有用。这是我的5kW安装在MA的工作原理:https://www.dropbox.com/s/9l8mugl8kbabc8y/LCOE.pdf

    我使用了20年的周期,因为这是多长时间我的逆变器将最有可能持续。如果幸运的话,我还能坚持多久。贴现率是指在计算器链接到的文档中建议的名义利率。

    我的每千瓦资本成本是:4美元/瓦(2012年马萨诸塞州太阳能价格)- 0.85美元/瓦(联邦太阳能II退税)- 0.945美元/瓦(30%联邦税收抵免)- 0.20美元/瓦(MA税收抵免)x 1000 = 2005美元/千瓦。这还不包括SREC的资金,因为SREC的不确定性太大,不能算进去。

    我的产能系数低于Dana在这个区域(中央MA)的建议,但这是基于我的实际生产。它较低是因为我的屋顶不是朝南的,我的屋顶坡度不是最佳的。但事实就是如此。

    我确实包括了20美元/千瓦/年更换逆变器。我目前的边际电价是0.168美元/千瓦时,这是自2003年我开始记录以来的最高水平,但我仍然只使用0.32%作为成本上升率,因为这是东北地区的长期(25年)增长,如图所示。[哎呀,刚刚注意到应该是-0.32%;然而,计算器忽略了负号,所以我无法修正它;哦,好吧,这对结果没有太大影响。

    底线是,我要支付0.132美元/千瓦时,而国家电网的LCOE是0.173美元,节省了24%。这和我们镇上正在考虑的一个商业开发商的电力购买协议是一样的。

    大卫

  9. 罗伯特Opaluch||# 9

    PV是有利可图的投资
    我不知道光伏成本已经下降了这么多。大卫的光伏电力成本大大低于零售。在我看来,在美国各个地区,光伏成本变得比零售电价便宜,需要更多的信息传播。David和Dana也许你们需要写一篇关于这个主题的文章。或者如果你知道一篇文章总结了美国各个地区的PV vs.电费,请发帖!

  10. 用户- 2361746||# 10

    精彩的文章
    嗨罗伯特,
    我很喜欢读你1982年关于建筑的文章。您撰写这篇文章的方法对构建中什么是有效的,什么是无效的给出了一个不加过滤的看法。一个非常透明和客观的项目分析。我发现,有时文章往往只关注项目的积极方面,而忽略了可以改进的地方。这是一篇非常有教育意义和鼓舞人心的文章。我想在加拿大冬天的气候中建造一个利用被动太阳能的房子。我从你的文章中获得了很多见解和想法。谢谢你!

    埃里克

  11. GBA编辑器
    马丁Holladay||# 11

    回复Robert Opaluch
    罗伯特,
    我同意,如果GBA重新审视快速变化的光伏回报和光伏成本效益的世界将是非常伟大的。与此同时,你可能想看书PV系统已经变得非常便宜

  12. 罗伯特Opaluch||# 12

    PV系统已经变得非常便宜
    马丁,是的,我看过那篇文章。我真的很喜欢它清楚地说明如何计算节省,并注意到令人惊讶的快速PV价格下降。我把这篇文章的链接转发给其他人。它确实需要更新号码。大卫和戴娜给出的例子比两年前更令人震惊。当我看到大卫的数字光伏比零售电力便宜25%时,这是一个致命的例子,甚至会震惊光伏的批评者。(好吧,也许只是让他们谴责激励措施。)它可以激励人们考虑为他们的房子购买光伏。我知道有朋友考虑过光伏发电,但没有买,不确定它是否值得投资。我想知道在没有激励措施的情况下,各个地区的光伏电价何时会超过零售电价,然后再考虑激励措施。

    气候是一个重要因素。理想情况下,一篇更新的文章可能会比较一些适合光伏发电的美国地区的数据,如亚利桑那州、夏威夷、加利福尼亚州、佛罗里达州,以及东北部、中西部和华盛顿州(那里的廉价水力发电和多云性优于光伏发电)。

    另一个问题是关于能量储存。峰值需求有时与PV峰值输出相关(例如,炎热的夏季气候需要在太阳最强烈的时候交流)。其他时候(夜间、冬季)配对不好。即使相关性很好,也需要一些存储或从公用事业公司回购。这个问题正是PV的批评者所强调的。他们说PV行不通,因为在晚上没有太阳照耀的时候,你需要照明和取暖。他们没有看数字,也没有考虑到PV并不一定要提供整个零售电力供应的100%。

    我知道电池的成本也在下降。许多新兴技术可能很快就会变得很有前景(比如Axion公司的商用PowerCube储能系统,或者特斯拉计划中的大型电池工厂)。也许在其他文章中讨论电池和成本的问题会更好。我听说电力公司认为他们在阿斯利亚州的光伏电力回购已经超出了他们的能力范围,所以他们想要降低报销率。

  13. badgerhill||# 13

    关于我的被动式太阳能住宅的评论
    好文章,我感受到了每个人的痛苦,因为今天的建筑商对太阳能缺乏哪怕一点关注。

    我们在太平洋西北部的被动式太阳能房屋有4000平方英尺的屋顶,1800人居住,东西长100英尺。大约70%的马文窗户都是朝南的,这些窗户的特殊之处在于它们的银少得多。如果我没记错的话,那个选项没有额外的费用。西面没有窗户,北面有一些窗户是为了卧室和舒适,但这些都很小。这栋房子采用的是70年代末的被动式太阳能设计,它是用石板铺成的,在北面、东面和西面围了约36英寸的护堤,还有一些奇怪的房间,里面有石头,用来收集热量,并把热量吹到整个房子里。在我之前的主人移走了石头和鼓风机。他还破坏了东部的一些绝缘材料和护堤。看到这所房子的潜力,我们买下了它,并拆除了足够的护堤,在整个房子周围安装了周边的机翼绝缘材料,并重新加固了它。我们还增加了一个商店和车库,也在机翼的内部绝缘,绝缘也很好。所以整个房子的外围有12英尺的塑料,然后是8英尺2英寸厚的泡沫,然后再用塑料覆盖泡沫。 Both of these layers continue up and over 2" thick foam against the concrete and up to the wood or whatever siding is there. Then flashing was installed over the foam and plastic. The siding goes over this flashing upper lip. This way there is no exposed concrete anywhere. There is no insulation under the slabs. This is described in Hait's book, Passive Annual Heat Storage. The results after 5 years are impressive. We only have a wood stove for heat, and it only is used when someone is cold, which is usually when we have a few days of overcast and it is cold. The inside temperature is heavily moderated by the thermal mass, with the concrete structure staying in the mid to high 60's. The air temperature fluctuates from low 60's to hi 70's, depending on the sun, season, outside temperature, etc. In the winter when the outside temp is in the the 30's it is quite warm on any sunny day. In the summer, little sun comes in so we have no need for AC. Yes, it all really works and quite well at that. It is so cool when guest arrive on a cold evening, walk in, and are sure we have a heater on.

    下面是一些观察结果。除了正确的玻璃,正确的位置和良好的隔热,周边的机翼隔热/分水岭伞,似乎是保持热量的主要因素。房子边缘没有冰冷的地板真是太好了。记住,车库和商店有隔热翼,所以任何地方都没有热泄漏。冬天和夏天,车库里的温度分别是55到65,商店里的温度是60到70。

    我想改变什么。更多的南玻璃,可能更厚的机翼绝缘靠近房子,特别是在比PNW更冷的气候。可能是三层玻璃,因为当外面真的很冷的时候,一些窗户的几个角落会凝结一些水。与其他热源相比,更多的南玻璃是如此容易。

  14. _fancyplants||# 14

    实际数字
    你好罗伯特,
    我是盐湖城的一名学生,目前正在研究主动和被动能源系统。我非常喜欢你的文章,在你的允许下,我想把它呈现给我的同学。这样可以吗?另外,我想知道你是否有一个确切的数字,你的家庭和中央供暖系统的成本之间的差异?

    谢谢你分享你的经验,这很鼓舞人心,
    亚伦

  15. 罗伯特Opaluch||# 15

    实际数字
    亚伦,

    如果您愿意提供这篇文章中的任何信息,我可以接受。事实上,我很荣幸您和您的同学有足够的兴趣来审阅和讨论这个房子的设计。

    至于费用,我得多做一点功课才能回答得更准确。接下来的几天我会很忙,但这是一个开始。

    我没有中央供暖系统和分配系统的费用概算。你可以选择天然气或石油,一个更便宜的系统或一个更高效的系统,一个加热区或四个或更多的区域,踢脚板或辐射地板,只加热或加热加热水加空调。我猜你的价格区间至少是3000美元,可能接近1万美元,或者可能是1.5万美元左右,豪华版的房子比这个大。你可以给供暖承包商打个电话,了解一下价格范围。你可以查一下炉子或锅炉的成本,但配电系统的成本可能更大。你需要花钱连接煤气和仪表,或者安装一个油箱和电线、烟囱、电气连接、恒温器和电线。(然后是每年的保养费和燃油费。)

    楼板和瓷砖地板比地下室便宜(地下室是楼板加上更高的墙,加上楼板托梁和底层地板加上装饰地板)。外围的绝缘材料将增加约1000美元。在典型的建筑中,对基础墙体保温要求不高。我不会推荐鼓风机和阻塞主动空气蓄热选择,但不是所有的零件都那么贵,另一天或两天的劳动。

    把大部分窗户搬到南边不花一分钱。大型固定玻璃窗由于是现场安装的,所以成本非常低。安徒生的滑梯更贵,楼上600美元x 3,楼下800美元。你可以查一下当前的价格,但可能是850美元和1100美元。标准窗户的价格更可能是300美元。增加一些更大的百叶窗,这花了我大约200美元,现在可能是300美元,而标准的窗户要100美元。

    对于外墙,额外的成本是异氰脲酸酯板保温。由于车库覆盖了北侧,而南侧没有,这只会比一般的建筑增加400美元,外加一些额外的劳动力。2X6玻璃纤维隔热墙是当时博尔德的最低要求,所以这对这栋房子和典型的新建筑都是一样的。

    对于天花板来说,额外的玻璃纤维相当便宜。R-30可能是博尔德的最低要求,所以翻倍大约是300美元。你可以加上阁楼风扇/恒温器/开关和电线,但这些都很便宜,大约100美元。

    商用被动式太阳能热水间歇式加热罐成本很高。我在网上快速搜索找不到任何出售的东西。似乎只是关于如何建立自己的信息。我知道70%的联邦和科罗拉多州的激励措施支付了大部分费用。我猜大概是扣除奖励前的1350美元或净400美元。再加200美元买回火阀,减压阀,铜管和厚绝缘材料,热胶布和阁楼上的出口。

    我在一楼和卧室的天花板干墙后面安装了电辐射采暖板,在书房里安装了一个简单的电墙加热器。相比之下,这些都是便宜的(事实证明,在一楼是不需要的)。但我猜大概是800美元。

    不管怎样,这些粗略的估计让你知道,额外的费用抵消了中央供暖系统的费用,是多是少。我最近设计了一个超级隔热(不是被动式太阳能)的房子,超高的隔热水平和加拿大玻璃纤维窗户的额外成本比中央供暖系统要多几千美元。新英格兰南部的取暖费用估计为每月27美元。

  16. CanAmSteve||# 16

    HRV
    伟大的文章,但除了提到“下次做不同的事”HRV,在这样一个密封良好的房子里,没有(显然)关注新鲜空气的空气质量呢?

    考虑到人们对氡和室内空气污染的日益关注,这难道不应该得到解决吗?也许是这样,但我在随后的评论中并没有看到。

  17. 罗伯特Opaluch||# 17

    HRV和空气质量
    在过去的30年里,有些事情发生了很大的变化。HRV,住宅空气质量建筑规范和低voc产品的可用性是一个非常不同的领域。

    关于空气质量的利弊,我做了以下几点:
    ——避免刨花板产品。用胶合板做所有的护套和几乎所有的橱柜(我也做了几乎所有的橱柜)。
    ——避免油画颜料和大多数挥发性有机化合物的产品,但我没有注意所有的来源。我确实用粘合剂把T&G层地板粘上(并拧紧),以消除任何可能发出吱吱声的地板。我在楼上的房间里装了地毯。房子不是没有挥发性有机化合物,但甲醛和挥发性有机化合物减少了。
    安装时我似乎不喜欢干墙的味道,所以可能是纸上的空气质量有问题。涂装后没有发现问题。
    —出于其他原因避免使用化石燃料供暖和电器,但这解决了回火问题和二氧化碳问题。
    ——附属车库可能是二氧化碳或其他空气污染的一个简要介绍源。
    ——氡测试完成并通过。楼板下的聚乙烯蒸汽屏障也可以阻止氡气体从地面进入,但它并不是为了这个目的,所以没有覆盖基础墙和XPS的内部。楼板本身和混凝土块通道可能会增加氡的可能性,但它也可以通过将通道通风而不是使用它们进行额外的储热来去除氡。
    ——房子里有普通的厨房和浴室排风机(浴室里有便宜的吊顶灯/风扇装置和詹纳尔(jenaire)灶台上的抽风机)。

    ——我有一个电烘干机排风管,可以过滤并将热排风送回洗衣区走廊,与楼下的起居区相连。现在我将创建一个hrv类通道,不直接返回空气(由于残留的绒毛在排气)。
    ——住在那里的时候,我每天都会给房子通风5-10分钟。由于空气的热容量最小,它对室内温度的影响最小,除了10-15分钟内,空气会从结构的热量中重新加热。据我所知,当时没有小型住宅hrv或住宅室内空气质量标准,只有建筑规范规定“可操作窗户至少占可居住房间建筑面积的5%”。事实上,一开始我认为hrv是一个昂贵的选择,因为你只需要打开窗户,操作浴室和厨房的排风机就能获得新鲜空气。现在我受到了更好的教育。

  18. CanAmSteve||# 18

    Venmar
    1991年我在加拿大安装了我的第一个“空气交换器”,但搬到新英格兰后发现很难找到设备。最后我用了一个“整个房子”的阁楼风扇翻新(房子太漏了,HRV没有任何意义)。即使在2000年代中期的缅因州,hrv也是一种奇怪现象。

    http://www.venmar.ca/about-us.html !prettyPhoto

  19. _fancyplants||# 19

    实际数字
    谢谢你的回复,罗伯特,这些数字将会很好地帮助我们为我的主题做准备。我很高兴有一个案例研究,它既符合我的演讲主题,也是我希望有一天自己实现的东西。现在我需要的是一个公开演讲的替身。

    再次感谢你,罗伯特
    亚伦

  20. kittyfiggis||# 20

    80年代的被动式太阳能房
    感谢这篇精彩的文章!我正处于被动式太阳能或可能是被动式房屋的设计阶段——有很多承诺,但真正的性能是什么?什么值得多花钱,什么不值得?你的文章是我的荣幸-特别是你的“如果我可以重来”部分,哈哈

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