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积极能源:供暖系统为居民赚钱

威尔士的节能住宅不仅有可能减少能源费用,而且还有可能为社会住房租户赚钱。霍尔·李的埃米尔·莫洛尼描述了布里真德的14个单元的莱夫·塞芬·格瓦德住房项目

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Rhiw Cefn Gwlad的房屋包括光伏,光伏太阳能系统和热泵

预计今年10月的平均能源费用将上升到3,200英镑以上,因此居住在节能住宅中的前景从未如此有吸引力。

对于布里真德Stormy Downs的14个新的低成本社会住宅的居民来说,这已经成为现实,他们正在经历零,甚至是负的年度账单。

该住房项目由卡迪夫大学的威尔士建筑学院启动,该学院的目标是设计和建造一个电动房屋,为电网投入的能量比它带走的要多。2017年,一个设计团队被指示使用学校的低碳能源区(Solcer)智能运营概念,该概念用于Stormy Downs房屋。

Rhiw Cefn Gwlad是威尔士政府为期三年的创新住房计划第二阶段的10个项目之一,共享4300万英镑。839,000英镑的赠款使政府对该计划的投资达到210万英镑,另外还有100万英镑来自威尔士和西部住房。

目标是加速行业对可持续社会住房开发的学习,目的是建造1,000套具有创新元素的经济适用房,并监测它们曾经被占用的情况,以了解它们的表现。

在Rhiw Cefn Gwlad,建造了房屋 - 从一居室公寓到两居室或四居室房屋 - 并于2021年1月首次入住。为他们提出的关键技术包括光伏(PV),空气源热泵(ASHP)和光伏太阳能系统(见面板,“关键技术”和图1)。

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虽然在建筑上与许多其他住房开发项目相似,但该设计具有社会住房中通常看不到的其他技术。每种房屋类型都被设计为在一年内具有能量和碳正值,将更多的能量投入到网格中,而不是它所消耗的能量。

能源预测

在设计阶段,使用详细的3D IES模型来估计房屋的能耗和热性能。然而,这些模型不擅长对热水储存和不同系统效率之间的复杂相互作用进行建模,因此创建了一个单独的蓄热模型来了解热水热泵的轮廓。

最后,开发了一个电力存储模型,以考虑电池存储性能并优化房屋的电池控制策略。

在12个月内以半小时的分辨率进行计算,并将模型组合在一起以创建单个模型以优化设计,并创建设定点,控制和能源策略。

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为了确保性能的测量,所有房屋都设计有内部监控,允许承包商安装仪表和传感器,目的是收集有关进口能源,可再生能源产生的数据,电力分项计量,热水需求,内部空气温度和湿度水平。图2显示了12个月内估计能源使用量的组合模型。

成本

符合建筑法规的典型威尔士社会住房的施工指导成本为1,800英镑/米2莱茵河塞芬格瓦德的平均建造成本为2,467英镑/米2– 增加35%。

额外的成本归因于建筑结构的改善,以及排气ASHP,集成太阳能电池板,热泵和电池存储。随着新技术在英国变得越来越普遍,成本差异预计将会减少,但建筑成本的增加被居民节省的能源成本所抵消。

虽然Rhiw Cefn Gwlad开发项目处于净零碳社会住房的最前沿,但预计随着更多低碳技术成为主流,我们将看到开发成本的进一步降低。

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性能

一旦被占用,Hoare Lea就会监控房屋的使用性能,并就电池,现代供暖系统和能源生产的任何问题提供建议。

每三个月为所有14个家庭制作一次性能报告,以确定电力需求,发电,进出口,热舒适性,ASHP和电池性能以及租户行为。

第一轮报告显示了有趣的结果。确定了14个家庭的供暖设定值的显着差异,范围从19°C到24°C。 一些租户每周七天,每天24小时供暖,产生的电力需求比设计模型高出60%。

吸取了积极和消极的初步教训。房屋在达到需求温度方面没有问题,热水加热也很好,浸入式加热器只是偶尔在卫生循环和热水使用量非常高的家庭中启动。

用户控制指南,以及为信心不足的居民操作供暖系统的视频,都取得了成功,只需要很少的帮助。居民的反馈也表明了对使用这些系统的信心。13.5kWh的蓄电池在阳光明媚的日子里迅速填满,产生了充足的电力供应。

最初的一些挑战是“充值”管道加热器使用得太频繁,并在3月初实施了控制优化。与设计阶段模型相比,空间加热需求被低估,但被高估了热水加热所抵消。

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最初,400W电动毛巾架是一个问题,导致高用电量,因为居民难以理解控制。通过实施两小时计时器来纠正这种情况,这是一种更节能的解决方案,也是居民的首选解决方案,他们终于知道如何控制毛巾架。

一个家庭的电源插座负载出乎意料地高,这最终归因于居民安装的水疗池,这在设计阶段是没有预料到的。

在入住12个月后对物业进行了基准测试,以分析房屋的能源效率。这些房屋已根据商业,能源和工业战略部的国家能源效率数据框架数据库进行了基准测试,该数据库详细介绍了英国家庭的平均能源消耗,包括新的和现有的。

为了了解房屋的潜在需求,光伏发电已从两床房屋的比较中删除 - 并且,为了保护房屋的身份,以下图表的命名约定已被删除。

图3和图4显示,两居室房屋的表现优于典型两居室和半独立式住宅的基准。即使没有可再生能源发电,这些房屋的能源效率也比英国现有住房存量的同类产品要高得多。

图5显示了两居室家庭从电网进口和出口到电网的平均每月能源。这表明他们在较冷的六个月使用电网的能源,但在较热的六个月中净出口。值得注意的是,这些家庭在4月至9月底之间几乎没有使用电网电力。紫色线显示了这些房屋的运行能量平衡,在负值区域结束了12个月,约为-1,000kWh。雄心勃勃的“能量正”性能设计阶段目标已经实现。对于一床和四床房屋的平均性能,重复了这一做法。

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在调查单个属性的性能时,有两个没有达到能量正目标。一个是带水疗池的家,另一个是四床之家之一。对分表数据的详细分析表明,该房屋的居民是非常高的能源用户,其插头插座负载,烹饪,照明和毛巾架的使用远远高于预期。他们还比现场其他任何人都使用了更多的热水,平均每天超过400升。虽然这个家庭没有实现正能量目标,但它仍然非常节能,年底电网的净能源需求不到1,900kWh。

能源成本

除了能源和碳目标外,居民的能源成本也是项目团队考虑的首要问题。这些房屋必须负担得起才能运行,并且是解决燃料贫困问题的一部分,而不仅仅是环境问题。虽然社会房东无法控制居民选择的能源供应商或关税,但它确实提供了与家庭系统配合使用的关税建议,以产生最低的账单。

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其中一项关税是由一个能源供应商和电池供应商之间的伙伴关系产生的;如果居民使用这种关税,他们将在监测期间获得极低的账单,许多人在12个月内账单为负 - 他们的家庭能源系统为他们赚钱,而不是花费他们钱!

鉴于当前的能源危机和不断攀升的成本,这些家庭的居民可能是英国为数不多的几个不必担心即将到来的冬天的能源账单的人之一。

经过2021年2月至2022年1月的12个月监测期,结论非常积极,整个设计和施工团队都对性能感到高兴。居民们也对他们的家非常满意,注意到他们舒适,温暖,能源费用极低。


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