Progettazione solare passiva prima di costruire

Su una nuova costruzione, la tua prima tappa è la progettazione solare passiva. Sporgersi in avanti e progettare una vecchia e malvagia baracca, e poi utilizzare il solare come ripensamento , è uno spreco.

La progettazione solare passiva significa progettare l'edificio in modo che non abbia bisogno di riscaldamento attivo (tranne in rare occasioni. L'occasione è abbastanza rara da poter farla franca con un riscaldamento elettrico resistivo a buon mercato).

Un modo per realizzare un lavoro solare passivo è inclinare le finestre e gli sbalzi in modo che gli edifici respingano il sole durante l'estate, ma bevono il sole entro l'inverno ... E catturare la temperatura prevalente (solarizzazione durante l'inverno, estate) nella massa termica piuttosto considerevole dell'edificio. Ovviamente questo non accade per impostazione predefinita, devi deviare dal tuo modo di progettare l'edificio per quello. Il tempo di progettazione è il momento giusto per farlo.

Un altro metodo è quello di realizzare un edificio parzialmente riparato dal suolo, in modo che entro l'estate sia più facile resistere al calore solare. Diversi piedi di terra sono un ottimo isolamento e il prezzo è imbattibile. Ovviamente devi scendere a compromessi con una bella casa ben dotata di finestre.

Un altro aspetto del design sono le pompe di calore, anche se con il design solare passivo sono il 99% delle volte in modalità A / C. E idealmente vuoi scambiare con l'acqua sotterranea come il tuo ultimo dissipatore di calore. Vedi, normalmente, l'aria condizionata / le pompe di calore spingono il calore "verso l'alto": è a 90 gradi fuori, e tu vuoi che la tua casa a 70, quindi stai scaricando il calore nell'aria esterna a 90 gradi - "pompando a monte". Se il tuo ultimo dissipatore di calore è una falda acquifera di 55 gradi, stai "pompando in discesa". Sta ancora pompando, ma è molto più efficiente.

Pensa a cosa significa per l'efficienza della pompa di calore (A / C è un tipo di pompa di calore) quando il pl, poiché è più fresco di quanto vuoi che sia la tua casa, e quindi in A / C modalità, la tua pompa di calore "spinge il calore verso il basso. Il che lo rende più efficiente.

Il punto generale è, non progettare per l'inefficienza solo perché è convenzionale, e poi provare a sfruttare l'efficienza come un ripensamento. Esplora davvero lo stato dell'arte.

Un'altra opzione è un doppio tetto. Non è necessario che sia un tetto contiguo; basta mettere in ombra il tetto primario. I pannelli solari potrebbero farlo, ma i vigili del fuoco sono solitamente schizzinosi nel coprire troppo il tetto con pannelli solari.

Usa la rete come buffer ... o no?

Il modo in cui viene fatturata l'elettricità è un fattore importante. Se utilizzi misurazione netta , il che significa che ogni KWH che il solare genera svolge un KWH dalla bolletta, stai utilizzando la rete come dispositivo di archiviazione: puoi far funzionare un carico di asciugatrice alle 21:00 utilizzando l'energia generata mezzogiorno.

Tuttavia, se stai pagando tariffe di punta / non di punta o ti viene accreditata una tariffa inferiore per la potenza di flusso inverso rispetto a quella diretta, allora vuoi che il solare funzioni quando sei a picchi di consumo energetico, in altre parole quando l'aria condizionata funziona al massimo. La buona notizia è che i requisiti A / C sono dovuti al carico solare, che è esattamente ciò che fa funzionare i pannelli solari, quindi funzionano all'unisono.

La cattiva notizia è che, in realtà, l'aria condizionata necessita di ritardi considerevoli nel carico solare; 3 ore dopo l'alba a casa mia fa freddo, 3 ore prima del tramonto è insopportabile, anche se hanno esattamente la stessa solarizzazione per quanto riguarda i pannelli. Sospetto che sia la massa termica normale della casa al lavoro. Questo è il motivo per cui una strategia consiste nell'aumentare notevolmente la massa termica e l'isolamento, rallentando notevolmente la velocità di oscillazione.

Supponendo che tu sia (a) sulla normale rete elettrica e (b) sul normale sistema di erogazione del gas naturale (ovvero, non richieda consegne di propano), come regola generale , il riscaldamento a gas naturale sarà più conveniente nella maggior parte degli Stati Uniti. Se non si utilizza il normale sistema di gas naturale (utility), l'elettricità presenta alcuni vantaggi. In alternativa, se non sei sulla normale rete elettrica, i pannelli solari hanno enormi vantaggi (cioè, meglio che fare affidamento solo su generatori di gas naturale o diesel).

Ma supponendo che questo sia un normale (utility gas & electric ), separerei il problema del pannello solare dal problema del riscaldamento. Dato che sei in Texas, l'aria condizionata è probabilmente più critica per gran parte dell'anno rispetto al riscaldamento. Inoltre, i pannelli solari funzionano solo di giorno e il maggior fabbisogno di riscaldamento (e in alcuni periodi dell'anno l ' unico fabbisogno di riscaldamento) è di notte. Quindi i pannelli solari senza accumulo di batteria (ad esempio, Tesla Powerwall) aiuterebbero con i costi energetici complessivi ma non molto con il riscaldamento di per sé.

Pannelli solari senza accumulo di batteria

Pannelli solari senza batteria gli accumulatori sono tipicamente utilizzati per generare energia che viene convertita da CC a CA (invertita) e immessa nella rete locale. In effetti, nei giorni migliori si genera effettivamente più di quanto si consuma (anche se l'aria condizionata può avere un enorme impatto su questo) e la compagnia elettrica ti paga per fornire energia quando ne ha più bisogno. A seconda delle tariffe elettriche locali, potresti fare molto bene con questo in base al "picco di domanda" o potrebbe essere meno utile basato principalmente sull'utilizzo (kWh).

Pannelli solari con accumulo di batteria

Se aggiungi lo stoccaggio della batteria (un costo iniziale aggiuntivo significativo), ottieni alcuni vantaggi:

• Power Shifting: se generi più del necessario durante il giorno, accumuli energia extra da utilizzare di notte. Se non ottieni molto dalla compagnia elettrica per l'energia generata, questo può farti risparmiare di più (riducendo l'utilizzo totale) di quanto guadagneresti vendendo l'eccesso all'utilità.
• Backup della batteria - Invece di solo una piccola batteria di backup per il tuo computer, ottieni una batteria di backup per tutta la casa - luci, computer, TV, riscaldamento (se usi gas naturale, hai bisogno di elettricità per i controlli & blower - che la batteria di backup può fornire abbastanza facilmente, ma non metterei direttamente il riscaldamento elettrico su un sistema di backup della batteria), ecc.

Riscaldamento elettrico

Ci sono un numero di diversi tipi di calore elettrico. Il riscaldamento a resistenza è fondamentalmente grandi bobine, come un tostapane per la tua casa. Il riscaldamento a resistenza è molto semplice (e quindi relativamente poco costoso) ma è molto inefficiente. In realtà, è efficiente nel convertire l'elettricità in calore, ma è economicamente inefficiente rispetto ad altri combustibili, a meno che tu non produca effettivamente tutta la tua energia tramite pannelli solari (e quindi non lo fai " t pagare l'utilità per l'elettricità), ma le tipiche installazioni di pannelli solari residenziali forniscono solo una frazione dell'elettricità totale utilizzata.

Una pompa di calore - essenzialmente un condizionatore d'aria che può funzionare al contrario per produrre calore invece di portare via calore - è un'ottima alternativa. Può essere più conveniente rispetto al riscaldamento a resistenza, a condizione che tu non faccia molto freddo . Quando fa veramente freddo, una pompa di calore utilizzerà il "riscaldamento di emergenza", che è tipicamente un riscaldamento a resistenza, perché una normale pompa di calore semplicemente non può fare molto se l'aria esterna è troppo fredda. Fortunatamente, in Texas funziona bene, ad esempio Dallas ha i minimi nella media in inverno negli anni '30, quindi il riscaldamento di emergenza non dovrebbe essere utilizzato molto spesso.

Se per qualche motivo una pompa di calore non è un'opzione (incluso "semplicemente non mi piacciono" che penso sia molto più un problema nei luoghi più freddi dove non funzionano altrettanto bene), allora naturale forno a gas (utilizzando lo stesso sistema di trattamento dell'aria dell'aria condizionata) è la strada da percorrere.

Fai i conti

Molto dipenderà da:

• Costo dei pannelli solari
• Costo di stoccaggio della batteria
• Costo locale dell'elettricità
• Costo locale del gas naturale
• Pagamento delle utenze ( se presente) per l'elettricità generata dal tuo pannello solare
• Picco di consumo elettrico previsto di &

La mia sensazione è che con il graduale calo dei costi sia dei pannelli solari che dello stoccaggio della batteria , un sistema solare completo + batteria e una pompa di calore per il riscaldamento Il raffreddamento di & avrebbe probabilmente senso, in particolare come parte di una nuova costruzione in un luogo caldo e soleggiato di & come il Texas. Ma il tuo chilometraggio può variare.

Se si progetta correttamente il solare termico, quindi data l'insolazione solare annuale (superiore alla mia posizione nell'UE di circa un fattore 2), con un buon isolamento è possibile evitare del tutto il riscaldamento.

Ma sarà necessario massimizzare il guadagno solare passivo, ad esempio consentendo all'energia del sole di entrare nell'edificio in inverno.

Utilizzare il riscaldamento a pavimento alimentato dai collettori solari termici e dal relativo accumulatore di acqua calda associato: questo è basso temperatura rispetto ai radiatori "normali".

Inizia con efficienza

Il punto generale di Harper sull'iniziare con un inviluppo efficiente è inesistente; la gestione dei guadagni solari sarà una parte enorme di ciò in Texas, e dovrai anche stare attento a come applichi l'isolamento e le barriere d'aria per evitare di intrappolare il vapore acqueo o l'umidità nelle pareti o nei tetti. Il test finale di questo è un test del blower door che misura effettivamente la quantità di aria che può fuoriuscire dentro e fuori casa tua; questo test, insieme alla termografia a infrarossi (che è utile per individuare le perdite), sono il pane quotidiano dell'analisi delle prestazioni domestiche, insieme a qualche intuizione e comprensione di come funzionano il calore, l'aria e l'umidità / acqua.

Soffitte e condotti ventilati non si mescolano !

Un errore classico nell'edilizia residenziale del sud è l'uso di un attico ventilato per ospitare apparecchiature e condutture HVAC. Questo non solo accorcia la vita delle apparecchiature a causa delle alte temperature ambiente presenti nelle soffitte del Sud, ma spreca energia e capacità preziose per superare il guadagno di calore attraverso i condotti durante le stagioni di raffreddamento, spesso al ritmo di 10-25 %.

Di conseguenza, se si utilizza un sistema canalizzato, è molto meglio inserire completamente i condotti all'interno dell'involucro dell'edificio, in un modo o nell'altro . Le configurazioni "tetto caldo" possono funzionare bene in Texas a causa della mancanza di problemi di dighe di ghiaccio, ma fondamentalmente richiedono un sistema di copertura in grado di resistere alle alte temperature. Esistono anche configurazioni, come tralicci a forbice, che formano uno spazio meccanico del cockloft tra il soffitto di finitura e il piano dell'involucro del soffitto, ovvero dove risiede l'isolamento della soffitta, se non ti dispiace la complessità strutturale extra che comporta.

Attenti al Ductopus, strangolatore dei condizionatori d'aria!

In cima a questo, l'edilizia residenziale meridionale aggrava l'errore di mettere i condotti in soffitta con l'aiuto di pochi sacchi di tubo flessibile e uno o tre installatori tormentati, risultando nell'organico, molti tentacoli mostruosità nota come "ductopus" che si genera nella propria soffitta. Il condotto flessibile non teso crea perdite per attrito in eccesso, che riducono l'efficienza del soffiatore nel fornire aria condizionata agli spazi interni, costringendo così un ulteriore aumento di dimensioni del sistema per superare questa condizione.

L'antidoto a questo è corretta progettazione e installazione dei condotti - applicando rigorosamente il Manuale ACCA D, installando correttamente i condotti ed evitando l'uso indiscriminato del flessibile avrai la possibilità di poter usare i manuali J e S per Sistema HVAC per la tua casa, invece di adottare l'approccio "più grande è meglio" al problema, perché più grande è non migliore quando si tratta di HVAC, soprattutto se stai costruendo un impianto ad alte prestazioni home. Naturalmente, ti consigliamo di testare i tuoi condotti una volta installati per assicurarti che la pressione statica attraverso il ventilatore sia accettabilmente bassa; questa è anche una buona misura della lavorazione complessiva dei tecnici HVAC.

Gioca con i tuoi punti di forza

Il Texas è un clima per lo più rinfrescante, in generale. Di conseguenza, poiché comunque vorrai una sorta di aria condizionata, la scelta logica per trasformare l'elettricità in calore qui è una pompa di calore. Inoltre, l'uso del calore della resistenza elettrica è un grosso spreco di energia quando l'elettricità proviene dai pannelli solari; di conseguenza, ti consigliamo di installare una pompa di calore che eviti il ​​"riscaldamento di emergenza" delle strisce termiche.

Questo ci porta esattamente a pompe di calore mini-split , sia nella varietà canalizzata che senza canalina. Invece di lasciare il ventilatore a pieno carico e utilizzare il calore della resistenza sia per alimentare il processo di sbrinamento che per compensare il calore mancante, i mini-split interrompono il ventilatore interno durante lo sbrinamento, permettendo così loro di scongelarsi senza bruciare potenza nelle strisce termiche a resistenza o che soffia aria fredda ovunque.

I mini-split hanno anche il vantaggio di poter utilizzare teste multiple senza condutture o basse -profilo, teste canalizzate nel soffitto che rendono più semplice la proposta di design senza una soffitta o un seminterrato a grandezza naturale per ospitare i condotti HVAC. Sono disponibili anche unità di trattamento dell'aria di dimensioni standard per i mini-split odierni se si desidera utilizzarne uno per azionare un sistema completamente canalizzato. Tuttavia, è necessario prestare attenzione alla progettazione e all'installazione dei condotti con questo approccio, poiché i loro ventilatori non sono in grado di fornire la stessa pressione statica di quelli sui sistemi di trattamento dell'aria più tipici del sistema split.

Perché non gas?

Il problema con il gas in un clima come il tuo è che per te i forni a gas sono di taglia unica: troppo grandi! Per un clima con carichi di riscaldamento leggeri come il tuo, anche i forni a gas più piccoli saranno notevolmente sovradimensionati rispetto alle tue effettive esigenze, specialmente in un involucro edilizio ad alte prestazioni poiché i carichi di riscaldamento diminuiscono più velocemente dei carichi di raffreddamento quando aggiungi l'isolamento e rimuovi percorsi di perdita d'aria.

Dati gli svantaggi di comfort ed efficienza di un forno sovradimensionato (anche se può modulare), questo rende il mini-split termico più attraente, specialmente con i mini-split odierni in grado di gestire qualsiasi cosa il Texas gli lancia contro per le temperature esterne . Tuttavia, non escluderei completamente il riscaldamento a gas: le moderne caldaie idroniche a gas a condensazione modulante sono altamente efficienti e possono anche alimentare un scaldacqua indiretto per fornire acqua calda sanitaria come oltre ad alimentare una serpentina di trattamento dell'aria, radiatori o riscaldamento a pavimento per il riscaldamento degli ambienti. Ciò consente alla caldaia di funzionare in un intervallo efficiente tutto l'anno, fornendo al contempo un'efficienza facilmente paragonabile agli apparecchi a gas di fascia alta per il riscaldamento dell'acqua e del riscaldamento degli ambienti.

Se hai abbastanza energia solare per gestire il raffreddamento durante l'estate, probabilmente hai abbastanza energia solare per gestire il riscaldamento durante l'inverno. La domanda è se puoi ottenere più soldi vendendo il solare alla rete e usando quei soldi per comprare gas per il riscaldamento. La risposta di solito è sì, a patto che puoi vendere alla rete a un prezzo decente.

Probabilmente anche meglio per l'ambiente. La maggior parte dell'elettricità proviene da combustibili fossili e questo è meno efficiente che bruciarli per il calore. Inserendo il solare nella rete, puoi ridurre i combustibili fossili necessari per l'energia.

Il mio metodo preferito è small split ac, reversibile, COP da 1 a 3. Il servizio può essere costoso.