加快节能战略与工业化模块化建设的优化整合（三）

策略1：包膜热控制

      为了优化建筑的热控制，可以在工厂安装一个高质量的保温系统，而不是传统的现场连续外保温。为了实现这一点，设计一个EMOD优化的工厂安装的外壳系统至关重要，该系统可以实现与现场连续外部系统相似的热性能。工厂友好的热护套装配的一个例子是使用绝缘桁架螺柱（ITSs）。此外，护套组件可以与连续绝缘相结合，作为护套系统的一部分，也可以内建在结构绝缘面板中。

     模块化建设的一个关键好处是过程的标准化，特别是在工厂的装配站。结合对工厂生产线的充分培训和质量控制，先进的框架方法可以像典型的现场建设方法一样有信心地提出、演示和实施。这进一步推动了先进框架所固有的工艺产品创新，标准螺柱可以用框架和装配站上的热断裂螺柱来取代。在与俄勒冈州立大学的合作中，我们演示了对先进的框架方法的过程优化，以降低装配成本、材料使用和时间（以劳动分钟为单位）。对于体积模块化项目，连续绝缘系统通常安装在现场，这伴随着典型的质量安装障碍和额外的现场时间。一个潜在的高效安装的替代方案是一个绝缘的2x6（平方英尺）框架系统，它可以导致类似的整体墙壁热性能，但没有现场连续的外部绝缘。为了未来的研究，正在考虑一种新的替代产品——R-19绝缘结构2x6（平方英尺）壁框架的its。为了本研究的目的，我们将ITSs称为伴随现场泡沫绝缘的组件。消除现场连续绝缘的需要，减少设置或堆放模块单元后现场工作的需要。此外，在模块化建设过程中加入新的组件，如更换标准螺柱，是每个模块化公寓单元的机会。作为该项目的一部分，我们评估了使用ITSs等技术支柱的高级框架方法。

      由于建筑规范要求更严格的建筑包膜，通过目前的建筑实践，已经采取了大量的努力来减少建筑外壳的泄漏。然而，劳动力成本过多、持续警惕和质量控制的问题。本节重点介绍通过改进工厂内模块化单元的气密性来改进包络渗透控制的先进包络策略。有几种途径可以实现这一点，例如在工业化施工过程中使用电离密封技术。分隔的单元空气系统在所有六面都是密封的，以消除室外空气渗透，此外，单位到单位和走廊到单位的空气转移导致更好的室内空气质量。我们建议在工厂内改进气密性的包络渗透控制。工厂内气密性改进策略的一个例子是有效地使用电离密封。从电离密封飞行员中吸取的经验教训也可以用来确定在工厂内使用胶带和填缝的机会。我们提出以下关键步骤，以提高工厂模块化单元的气密性：

1. 使用施工和制造QA/QC工具和方法（如无损检测）来实现工厂安装的密封外壳。关键步骤是：

a. QA/QC包膜设计评审的计划

b. 在工厂内测试一组模块化单元的气密性，以评估空气屏障质量，并制定具体的策略，以确保所有模块都采用众所周知的空气屏障细节

c. 在工厂生产线末端的模块化单元的代表性样品上测试气密性。

2. 建立一个专用的工厂站或海湾来执行电离密封胶工艺：

a. 在与室内装修安装相关的任务之前，确定干墙安装站后的最佳站或湾

b. 开发可重复使用的密封件和简单的准备方法，以快速覆盖开口。

     作为这个项目的一部分，随着合作伙伴势头创新集团和利用航空屏障的电离密封过程，我们探索和量化气密性退化，比较模块设置在现场后，然后是比较完成了解多么紧单位需要当他们离开工厂。传统的气封方法有很好的记录，但即使努力应用，由于未识别的泄漏途径，也无法达到ACH50（每小时50Pa的空气变化）的目标。非常紧凑的建筑的ACH50将低于1.0，而非常松散的典型建筑将超过7 ACH50。一个很好的目标是，大多数建筑商将是3-4 ACH50，即将到来的IECC多户建筑代码希望需要3 ACH50或低于fbr多户项目。我们的飞行员通过工厂气密性改善显示了减少60%时间的途径。密封时间也较短，因为开始的ACH值较低（与现场建造相比，工厂建造的包膜本身更紧密）。在工厂中进行密封可以减少准备时间，因为设备可以在预定义的工作站中使用。我们在体积建筑公司工厂。试点的目标和关键成果是：

1. 了解工厂施工过程中模块化单元的密封性：初步试验结果（3-5 ACH50）比典型的未密封公寓要好。

a. 100+拟建公寓的电离密封显示平均密封度为6-8 ACH50

b. 特定的能源建模OpenStudio?模拟显示了气候区域特定的最佳密封与时间和成本建议。

2. 通过在VBC封闭三个模块化的单间公寓单元，了解工厂线路密封的独特机会和潜在的限制：

a. 机会：我们证明了我们可以快速封闭分隔的公寓，这样它们就可以密封到室外和其他内部公寓，以担心气味和噪音。还允许划分的机械通风解决方案，限制了影响不平衡通风系统性能的烟囱效应问题。

障碍：需要一种方法来减少清理和设置时间。还需要进一步调查（通过时间和运动离散事件模拟）在工厂线上的适当位置，以最小化设置和清理活动。一个可重复使用的准备密封系统可以工作，也许在干墙安装后的一个位置，以消除清理和完成表面准备。 

   关键的经验教训是，气密性从设计和材料选择开始，应使用电离密封进行微调。总的来说，航空屏障团队的领导能力和持续参与对这两名飞行员都至关重要。航空屏障小组提供了以下建议：

1. 根据测试数据、经验和车站活动和流程的可视化工厂演练，有很大的空间来积极对模块单元的整体质量影响。

2. 随着能源法规的上升，租户流失的减少是业主关注的焦点，并增加公用事业成本和公寓生活竞争。模块化单元的高泄漏率会对所有这些区域产生负面影响。

3. 在设计时对空气密封细节进行最小的改变，然后以流线型和最小中断的方式将电离密封融入到建造过程中，这将有助于模块化建筑建筑商生产和交付高性能的外壳。

虽然工厂提供了一个可控的环境来进行密封活动，但也有一定数量的密封活动泄漏蠕变可能会导致ACH50值的变化。泄漏蠕变是模块化机组在现场设置和项目完成后，ACH50值相对于在工厂密封获得的AHC50值的相对增加。其中之一

     泄漏蠕变的主要原因是，在现场设置模块后，垂直和水平配电系统需要跨副线进行渗透。我们建议在相关阶段进行QA/QC和鼓风机门来监测泄漏蠕变。

     如前一节所述，目前正在采取许多途径来减少建筑外壳中的空气泄漏。一个可以优化气流以及其他机械、电气和管道（MEP）系统的解决方案是一个统一的能量交换吊舱。我们提出了一个MEP系统的EMOD优化，如暖通空调和家庭热水。目的是设计一个具有空间加热、冷却、通风和生活热水的单元能量交换荚，这样这些系统就可以完全安装在粪便中。这个吊舱将使：

1. 通过分块和预制在生产线上建立子系统

2. 每个公寓都有一个统一的空气系统。吊舱设计有几个优点：

1. 通过中央通风系统和跨越建筑高度的可变压力，确保难以确保的适当通风

2. 限制单位间的空气的交叉污染，减少气味和噪音。

吊舱的两种设计变体是：

1. 完全实现理想化的pod

2. 部分实现的解决方案：

a. 现场安装，在屋顶上装有室外机

b. 天花板和壁橱中的单元内设备

c. 部分分散的共享系统。

     工厂中模块化结构的输出有多种形式，如体积模块化系统、面板系统和吊舱系统。因此，模块化的NZE建筑服务系统可以是一个服务舱的形式。术语pod指的是一室模块；目前最常见的应用是为现场建造的高层建筑设计的浴室吊舱。更准确地说，吊舱是由多个部件、电器和设备组成的交钥匙预制组件，以及所有在工厂预装的结构和功能组件。豆荚可以应用于新的结构和改造，设计为多功能，并被分割成不同的形式的因素和规模，如浴室豆荚，能量交换豆荚，和厨房豆荚。工厂建造的住房有许多独特的设计考虑，这个项目的重点是将全电动暖通空调、太阳能光伏、电池存储和热水系统在离开住宅之前整合到家庭中。我们支持VEIC和KBS建筑商在试点能源交换吊舱的示范，作为其零能源模块化（ZEM）住宅项目的一部分，重点是提供大规模的经济适用房。VEIC的ZEM项目帮助使零能源、有弹性和健康的家庭能够负担得起。VEIC的移动房屋替代项目专注于为现有的、非营利组织拥有的移动房屋公园的空地提供可负担得起的、零能源的、高性能的模块化住宅。每个家庭都是定制设计的优化网站可用。房屋被卖给符合收入条件的买家，并作为低收入的出租单位提供，由公园业主所有。典型的ZEM住宅是14‘x60’的2卧室或26‘x40’（平方英尺）的3卧室，1浴室，开放式厨房，客厅和餐厅，以及一个5‘x5’（平方英尺）的机械或多功能室的条件生活空间。对于NZE模块化的多户住宅和酒店，提出了一个部分实现的吊舱，而不是一个集中的机械系统。

    成功地设计和安装一个紧凑、集成空间调节和通风系统与所有的管道需要协调和准备过程，以确保路线是可能的，间隙，和不同的议员设备不竞争相同的空间（如图3所示）。集成的全管道中静热泵可以满足热负荷，保持可接受的湿度水平，并通过高质量的分配和过滤确保最佳的室内空气质量。包括条件空间中的所有管道，意味着在机组进入现场之前，有机会在行业、质量控制和调试之间进行更多的协调。选择中静热泵和薄轮廓的回收通风机，允许安装人员将设备挂在天花板上，在房间里留出面积，用于其他MEP设备，如热水器、逆变器、电池和洗衣房。当允许更高的情况时，可以灵活地将设备和管道安装到天花板或服务腔中，例如在拱顶。

     soffit一a箱用木材框架，覆盖着墙板，作为热泵的服务腔9s的制冷剂管路，除了管道。避免使用单元间的管道间隙意味着在管道中不需要辐射减震器以满足每小时的防火等级。

       应仔细选择管道配件和过渡件，以确保足够的气流、舒适性和噪音水平，特别是当使用设计为在较低静压下操作的空气处理器时。选择现成的配件fbr有效的过渡，如在这个减少的主干系统中，可能会带来更高的初始材料成本，但将减少制造时间，同时确保跨单元的均匀性和可重复性。

       理想情况下，将室外机和室内机紧密地固定在一起，将确保机组内的管道长度更短美国预充的制冷剂重量，这将降低铜管和制冷剂的成本。将管道回路和过滤器组合设计为一种通用的标准尺寸，将增加系统维护起来相对容易和具有成本效益的可能性。该通风系统提供了来自浴室、洗衣房和厨房区域的连续排气系统。在气候合适的情况下，双通风罩按照制造商^规范使用，允许系统满足IMC 2021排气位置和机械进气口之间的间隙要求，而无需纵向运行管道系统。一个细长轮廓的回收通风机可以挂在天花板上或安装在墙上，为单元的布局提供了灵活性。

     随着智能、高效、网格交互技术的价格下降并成为标准，可以实现普通住宅负荷的解锁潜力，特别是在模块化建筑等重复建设中，可以设计和制造，无缝集成网格交互高效建筑（GEB）技术。智能控制可以通过最小化现场工作和完成工厂内所有系统集成接线、设置和调试工作来优化。此外，工厂QA/QC机会可以简化最终的系统启动。应用于智能控制的EMOD方法包括：

1. 设计智能公寓控制器、传感器、布线和硬件集成装置，以便在工厂内进行安装和集成

2. 开发一种工厂QA/QC方法来简化集成验证和设置。

     任何建筑中的GEB技术都需要集成，以实现智能公寓控制系统和可用的平台。像分层和感知软件这样的平台都有即插即用的解决方案，可以使用不同的设备，并将它们聚合成一个租户参与系统。这是使用统一的通信协议，如Z-Wave、LoRa、Modbus和BACnet。NREL正在通过模块化公寓单元内的现场测试需求侧管理技术，以及工厂生产线上设备的集成，探索模块化GEBs的可能性。

      对于模块化多户住宅，在建筑工厂重复体积模块化公寓单元的设计-建造过程，制造商可以拥有一套电器、机械系统和照明组合，从而具有巨大的互操作性潜力。分层解释说，由于模块化建设可以消除分散的贸易和分包商，因此安装、测试、集成和预调试都可以在工厂设置内完成。该项目的试点项目是与富国银行创新孵化器（IN2）项目合作的，该项目垂直集成模块化建设者/开发商Bloabee公司与地层合作，测试能源效率、舒适性和需求方面管理的集成智能控制。本项目的技术包括节温器浮动、调光、可插式负载减少、动态阴影和热泵热水器浮动。

       展望脱碳的未来，富国银行的两家公司，可博公司和地层，计划进一步测试模块化GEB技术，以预测California一Blokable Inc.的主要市场对电网相互作用的需求。作为模块化公寓楼的建造者和所有者，blobabe公司可以利用预先包装的模块化GEB控制的标准化集成的动态节省。鉴于GEB集成最初可能不会吸引一些开发商的前期成本，但作为住宅建筑商、开发商和业主，blobe公司处于独特的地位，可以从需求侧管理节省的能源账单中获益，并将这种能源负担能力传递给居民。

     工厂安装的太阳能加存储分配设计和集成是一种能源效率策略，这是一种很有前途的新方法，可以将太阳能加存储对每个模块化住房单元的弹性效益结合起来。工厂安装的太阳能+存储及其降低软成本和降低安装时间的精益优势，并没有被繁忙的住宅建筑商或太阳能+存储行业广泛理解。这导致太阳能光伏板被安装在现有的建筑之上，而安装在-site-a上的电池比工厂安装的太阳能加存储更昂贵和耗时。太阳能加存储、能源效率措施和需求管理是确保长期负担能力的关键因素，在新的住房单元建设期间必须创造性地进行整合，以降低软成本。虽然太阳能加存储系统和组件的硬成本（材料和系统成本）仍然很高，但我们的研究集中在软成本上，如安装成本，这些成本也推动了太阳能加存储的总体成本。太阳能+存储的关键EMOD方法是最大限度地提高太阳能光伏电池板和系统平衡安装。我们提出的方法还包括使用不需要自定义设计、工程、产品定制或审批过程的标准化组件。对于太阳能加存储，我们建议以下EMOD实践，以最大限度地在工厂工作：

1. 设计一个模块化的屋顶系统，便于在工厂安装太阳能光伏电池板，同时也允许在模块之间进行最终的现场防水连接

2. 实施太阳能家庭工厂案例研究的学习成果，他们实现了显著降低安装成本。该案例研究还包括一个复杂的概念布局，从他们即将到来的工厂，以及比较集中和分散的电池系统之间的优缺点

3. 设计配电系统，易于现场完成，通过简单的最终连接到中心仪表或单元内配电面板

4. 根据临界负载安装单元内电池系统

5. 简化设计规范审查与工厂检查，以提供太阳能加存储，消除现场工厂检查和批准。

     根据麦肯锡公司最近的一份报告，建筑预制组装可以节省高达50%的施工时间，在正确的环境和权衡下，它可以削减20%的成本。同样，与采购和安装太阳能光伏和住宅电池有关的成本也可以显著降低，以增加其更广泛的采用。现成的商品化的家用电池产品以及电气基础设施和先进的控制系统可以在工厂里预先组装成一个“滑块”，然后运到建筑现场。受控系统中的场外集成工厂环境确保能更好地协调消防安全所必需的标准安装程序。在焦点，安装人员可以在预定的车站或海湾进行工作，适合集成小型分布式家庭电池的集成。在工厂内，安装人员和工厂工人可以非侵入性地处理一些任务，如电池系统周围的电线和不燃外壳的QA/QC。作为广泛的QA/QC协议的一部分，该工厂还可以快速进行充放电循环的测试。

     我们与太阳能家庭工厂和VEIC合作，通过整合工厂安装的太阳能加存储，为这些模块开发了“垂直塔设计和交付策略”。这种优化的设计将使大规模制造节能和有弹性的住宅单元成为可能。电池可以使住房在任何灾难事件后更能为outages一供电，电网可能需要数周才能以必要的能力运行，以支持整个社区的恢复和恢复，因此为家庭提供后备支持是至关重要的。不幸的是，在美国，需要大量额外的电池储能系统来实现这种弹性。研究表明，高风险城市需要的电池储能系统的容量是低风险城市的三倍。太阳能家庭工厂考虑了一个住宅电池系统来满足弹性目标，并遇到了几个决策点和障碍，最重要的是，从额外的存储容量的高第一成本，以及与额外的基础设施相关的消防安全问题。太阳能家庭工厂已经表明，场外建设可能是前进的道路，解决成本和安全的挑战。对于太阳能光伏来说，它们已经显著降低了安装成本。然而，到目前为止，在创造性地将场外建筑的内在好处与住宅电池的安装结合起来方面的工作还很少。因此，我们对集中式室内或室外大型电池系统与工厂安装的分散式小型电池系统进行了比较评估。

     本文讨论了我们与工业化住房合作伙伴的工作，显示了大规模提供住房的巨大潜力，以及通电和增加NZE建筑的电网友好性。随着需要所有电力建筑进行新建设的城市的新兴法规，人们越来越需要用全电力技术来解决高昂的运营成本问题。随着这些规范变得越来越严格，就有了一个独特的机会来提供高性能的模块化建设者来增加工业化建筑的使用。通过证明工业化建筑可以提高能源效率，我们的努力有潜力将美国的模块化工业提升到整个建筑行业的前沿。我们继续与住房合作伙伴和机构合作，如与VEIC和美国住房和城市发展部合作的项目。未来的工作应集中于展示如何将能源效率战略与工业化的模块化建设相结合，以展示我们如何解决能源和住房的负担能力问题。利益相关者可以将拟议的做法转化为酒店业和学校建筑。

     EMOD方法的成功采用以及关键的方法、方法和策略是在全国和全球的NZE模块化多户住宅建筑的工业化建设中建立思想领导地位的初步步骤。这项工作展示了EMOD方法将能源效率与工业化建设的其他好处降低租户和房主的能源负担，展示一个可扩展的途径来解决经济适用房危机，投资于美国建筑劳动力通过提高生产力和增加就业机会不足的社区，并满足国家能源效率的目标。NZE模块化多户住宅建筑的工业化建设是为我们未来的清洁能源发展转型道路的重要一步。