用丙烷建造零净能源住宅
净能量为零就意味着全电动吗?全国各地的建筑商和设计师正在实现使用丙烷的零净能源性能。
建筑师Mary Ann Schicketanz努力使她设计的所有定制住宅都是节能的。这是她的公司对可持续发展的关注的一部分——她在大苏尔和加利福尼亚海岸建造的大型豪华住宅都是为了居住者、周边生态和气候的健康而设计的。但这也是一种必需品。她在偏远地区建造的许多房屋都没有通电，因此必须采用能源中性的方法。
像大多数设计师和建筑师一样，Schicketanz是加州卡梅尔Schicketanz工作室的首席建筑师，他依靠太阳能光伏板和电池存储作为可再生能源的来源。尽管人们普遍认为零净能量意味着全电力，但Schicketanz已经认识到，仅仅依靠电力是不现实的。
建筑师Mary Ann Schicketanz解释了为什么在她的偏远住宅中，为了达到可持续性、弹性和性能的最佳平衡，丙烷经常成为能源组合的重要组成部分。
相反，Schicketanz发现，指定丙烷用于能源密集型系统，如空间供暖和水加热，会产生一个特别有效的零净能源家庭公式。这些丙烷系统不仅节省了公用事业费用，还提高了燃气供暖的舒适度和燃气烹饪等豪华设施的性能。对于在项目中寻求更高能源性能的建设者和设计师来说，丙烷提供了一种可以根据项目独特需求定制的解决方案。
“在大多数情况下，丙烷是必要的。当我们只有PV时，它很好地弥补了能源的短缺。我们还不能完全依靠太阳能。可以说，丙烷是我们的助推器。”Mary Ann Schicketanz, Schicketanz工作室的首席建筑师
什么是零净能量?
Schicketanz采用的能量中性方法通常被称为零净能量，简称ZNE。用最简单的话说，ZNE住宅产生的能量和它使用的能量一样多，最常见的是使用太阳能光伏电池板。但是有不同的方法来定义ZNE家，这些家也有其他的术语。这里有一些方法可以用来衡量零净能耗家庭。
工程顾问大卫·奈特(David Knight)讨论了他如何与客户进行零净能源项目。
站点能源
优点:易于理解，可在室内测量。
考虑:没有考虑到不同能源系统的上游损失或使用非现场可再生能源，这可能更适合不适合太阳能的家庭。
源能源
优点:更充分地考虑整体资源效率，鼓励更有效的能源生产和传输。
考虑事项:沟通可能会更加困难，并且会随着上游能源选择组合的变化而改变。
零美元帐单
优点:零美元的能源账单是许多消费者听到“零”时的想象，许多房主更喜欢这种经济回报。
考虑:由于公用事业费用、天气和房主行为的原因，实现这一目标可能是一个困难的目标，而且对净计量的限制可能使通过向电网出售电力来抵销账单变得困难。
零能量准备(ZER)
优点:更容易沟通，允许现场或场外可再生能源，并在建筑系统、能源选择和公用事业政策方面更灵活。
考虑事项:赞成的人可能想更具体地了解一个家离零净能耗有多近。
为什么能源很重要
用能源来衡量零净能源性能，可以捕捉到各种能源的“上游”效率和损失。这可能包括提取、加工和分配像丙烷和天然气这样的燃料所需的能源，或者使用这些燃料发电所需的能源，以及在发电过程和将电力分配到家庭中的效率损失。
源能源能更全面地反映出家庭或建筑能源性能的资源效率，这也是美国环保署商业建筑“能源之星”项目使用源能源对建筑能源性能进行评分的原因之一。源能量因子提供了一种比较现场提供单位能量所需的源能量量的方法。现场每使用一单位的电力，就必须提取3.03单位的以天然气或煤等燃料形式存在的能源，以产生和输送这些电力。丙烷的来源需要1.15单位的能量，弥补了提取、加工和分配的损失。
根据全国平均水平。来源:温室气体和标准污染物排放分析。PERC气体技术研究所，2017。
密码里有ZNE
建筑法规的改变奖励使用家庭能源评级正在帮助ZNE取得进展。大多数州采用《国际能源节约法典》(IECC)作为其能源法典的典范。IECC的2015版增加了一个被称为能源评级指数(ERI)的合规路径，该路径基于项目的HERS(家庭能源评级系统)评分，该评分是与参考模型相比的能源性能的衡量标准。
分数越低，家庭的效率越高。根据适用的能源法规的严格程度，新建住宅的得分一般在70到100分之间，而现有住宅的得分在130分左右甚至更高。因此，一个HERS得分为60的家庭比一个标准的新家效率高40%，而一个HERS得分为140的家庭效率低40%。ZNE家庭得分为0。
HERS评分在50分左右时，需要符合IECC 2015的ERI路径。截至2018年3月，只有大约10个州使用了2015年版的住宅IECC，一些州和市政当局实施了“延伸”或“达到”规范，将能效标准提高到模型规范所要求的水平，在某些情况下还提供了具体的HERS目标。加利福尼亚州、俄勒冈州、纽约州、佛蒙特州、罗德岛州、马萨诸塞州和几个直辖市都有可拉伸能源法规。到目前为止，加州是唯一一个专门呼吁ZNE的州。它的2020年家庭能源法规要严格50%，更接近ZNE的目标。
零能源现成的家是什么样的?
克里斯·特罗尔是位于康涅狄格州威尔顿的BPC绿色建筑公司的联合创始人，迄今为止，他已经建造了11个零能耗项目，其中大约一半使用丙烷。
其中一个项目是位于康涅狄格州新费尔菲尔德的一座零能耗、LEED白金湖边住宅，于2012年12月完工。该项目具有高度绝缘、密封的围护结构，采用R-33吹制纤维素绝缘的双壁结构，R-72屋顶和三窗格低e窗。一个能量回收通风机带来了新鲜空气，而空气源热泵加热和冷却空间，几乎没有管道泄漏。为了在康涅狄格寒冷的冬天保持家庭温暖，一个90% AFUE的丙烷锅炉和一个40加仑的水箱为一楼的地板辐射采暖系统服务。它还提供生活热水。
这些特点帮助这座房子获得了39分的HERS评分。当它完成的时候，增加一个9kW的PV系统将使其降至2分。Trolle说:“对于每一个(ZNE和ZER)住宅，我们都专注于一个非常健壮的热包络线。“客户选择使用的燃料是基于他们的预算和当地的可用性。”丙烷是一种更清洁的燃料油替代品，几乎可以在任何地方使用，包括天然气电网之外。特罗尔说，丙烷在这些家庭中通常用于家庭热水加热、直接通风的壁炉和炊具。虽然ZNE的施工很大程度上依赖于建筑围护结构的效率，但住宅的性能也可以从优化系统中受益。
例如，瞬时气体组合锅炉是空间和水加热的节能选择，“机组非常紧凑”，Trolle说。由于它们的尺寸，这些无罐单元可以安置在靠近使用点的地方，以减少在整个家庭传输热水时的能源损失。
混合燃料的选择
一个常见的误解是，ZNE和ZER的住宅是全电动的。事实上，混合燃料解决方案在这类项目中很受欢迎，因为它们让业主有机会降低每月的公用事业账单，同时仍能从天然气中获益。混合燃料系统通常提供较低的首次成本，减少持续的能源成本和排放，并允许根据项目的独特需求定制混合燃料系统。
在高性能项目中，建筑的供暖和制冷负荷通过高度绝缘的围护结构和广泛的空气密封大大减少。因此，在供暖系统效率上的过度投资可能不是最理想的，而且可能会把钱花在对住宅设计的其他方面产生更大影响的地方。
例如，地源热泵传统上是非常高效的，但也有非常高的首次成本。根据丙烷教育与研究委员会(PERC)进行的一项详细的供暖系统分析，一个典型规模的家庭的地源系统将花费近3.5万美元，相比之下beplay官方下载苹果，一个高效的丙烷炉大约需要1.1万美元。因此，虽然发现地源系统可以节省成本，但在负载更低的高性能住宅中，这些节省的规模将更小，并显著延长回收期。
另一种选择是将空气源热泵与高效丙烷炉结合起来的双燃料或混合加热系统。丙烷炉可以在寒冷的室外温度下替代低效的电阻备用热，提高舒适度，每年节省数百美元。
节能是所有ZNE或ZER家庭的一个重要目标。在混合燃料家庭中，丙烷热水器可以提供显著的能源成本和能源节约。在混合气候的典型住宅中，丙烷冷凝式无缸热水器每年的能源成本是所有系统中最低的，每年比标准的电储罐节省120美元，甚至比热泵热水器还节省。此外，冷凝式水箱热水器广泛使用，由于其紧凑的尺寸，提供节省空间，并提供可负担的前期成本。
ZNE市场正在增长
我们可能正在接近零净能源住宅建设和设计的临界点。超过22000个零净能源项目正在设计、建设或完成，据零号团队称．随着高性能技术和太阳能光伏系统的成本效益越来越高，能源法规要求更高的效率，以及人们对ZNE和ZER住宅的认识不断提高，ZNE和ZER住宅可能会继续普及。
Harris Insights & Analytics为PERC进行的一项调查发现，83%的购房者和89%的建筑商可能会考虑在下次购买或建造ZNE住宅。同样的比例——81%的购房者和84%的建筑商——非常或多少愿意为ZNE的房子支付更多的钱。
定义零对您的项目意味着什么是重要的元素，如现场能源和源能源，各种因素，包括能源价格，净计量政策，太阳能资源，激励，和您的预算将影响您的选择。但正如你所看到的，达到零排放并不意味着放弃理想的高性能气体系统。找到一个对你的市场有效的策略，让你的客户感到兴奋。
建筑师Mary Ann Schicketanz和能源顾问David Knight讨论了为什么太阳能电池板、电池和丙烷备用发电机的组合通常是恢复力的最佳方法。
阅读更多关于ZNE的信息
文本和编辑:Jeffrey Lee
交互设计:Leslie Delzell和Rob Thornton
互动开发:Hanley Wood, Swanson Russell和White Lion
插图:Leslie Delzell, Kelly Hume和Swanson Russell
项目照片由Schicketanz工作室提供
项目负责人:Sarah Petzel