摘要：NREL 建筑团队与建筑技术领域的主要利益相关者合作 部门，以确保可信、客观和基于科学的研究向前发展 清洁能源目标。照片由 Joshua Bauer 和 Bryan Bechtold，NREL拍摄

NREL 建筑团队与建筑技术领域的主要利益相关者合作 部门，以确保可信、客观和基于科学的研究向前发展 清洁能源目标。照片由 Joshua Bauer 和 Bryan Bechtold，NREL 拍摄

改造住宅、办公室、学校、餐厅、医院以及介于两者之间的一切 如何有效地使用清洁能源是一个复杂的研究领域。每栋建筑都呈现 一个独特的挑战 - 没有放之四海而皆准的方法。

作为联邦实验室，国家可再生能源实验室 （NREL） 与 与整个建筑技术领域的利益相关者一起帮助确保这一目标， 基于科学的研究加速了可靠、负担得起和公平的脱碳 能源系统。

NREL 建筑研究团队组建的多元化合作伙伴组合支持 实现雄心勃勃的清洁能源目标的三个关键组成部分：（1） 推动尖端发展 研究，（2） 加速市场转型，以及 （3） 促进社区参与 确保技术可行并与各种建筑类型相关，以及 环境条件。

“我们的合作伙伴提出的每一个新问题都可能导致下一次科学飞跃，” NREL 建筑技术战略合作伙伴关系负责人 Marcus Bianchi 说 和科学中心。“问题滋养了系统，迫使我们考虑一些事情 我们以前从来没有想过。

愿意倾听这些问题并通过合作伙伴关系进行探索的意愿 导致 NREL 成功合作解决一些最棘手的问题 清洁能源和能源效率挑战。

NREL 合作伙伴可以获得行业领先的研究专业知识、世界一流的设施、 以及对清洁技术初创公司至关重要的独特技术能力。超高效可持续空调技术创新者 Blue Frontier 利用 NREL 开发首个储能、电网互动、全电动 空调，与传统制冷剂系统相比，有可能减少高达 85% 的 CO2 排放。

在 NREL 开发的技术的支持下，初创公司 Blue Frontier 获得了 2000 万美元，来自比尔·盖茨资助的 Breakthrough Energy Ventures。拍摄者： Blue Frontier

Blue Frontier 的技术在其供暖、通风、 和空调 （HVAC） 解决方案。第一种是使用间接的冷却过程 蒸发式空调，提供冷却效果。第二种是浓缩的 控制湿度的盐溶液（或干燥剂）。这两个过程相结合 集成到单个调节器系统中，对建筑空间进行冷却和除湿，同时 使用最少的电力来运行风扇和水泵。

NREL 的高级机械工程师 Eric Kozubal 表示，这是一条漫长的道路 这一成就。他开发了干燥剂增强型蒸发式空调 10 多年前与 NREL 的同事 Ron Judkoff、Jason Woods、Steven Slayzak 和 Jay Burch。

Kozubal 解释说，在美国能源部的支持下，他们的目标 技术商业化基金，旨在结合几项相关的 NREL 技术 集成到一个包装中，生产出高效、环保的 HVAC 系统 面向大众市场。第一个原型是在过去两年中开发和测试的 在富国银行创新孵化器 （IN2） 计划下的 NREL 工作年，Kozubal 的团队专注于开发商业化的、生产就绪的 设计。

“这项技术的电气化是一个真正的突破，”Kozubal 说。“这 将高效的电气再生与简单、低成本的存储相结合 创建一个可节省高达 80% 的能源成本并转移剩余能源的系统 到低碳来源。

Blue Frontier 最近从比尔·盖茨 （Bill Gates） 资助的 Breakthrough Energy Ventures 那里获得了 2000 万美元。这笔资金将使创建 Blue Frontier HVAC 试点模型成为可能 在未来两年内。

“未来的电网迫切需要这样的储能解决方案，” “科祖巴尔说。“Blue Frontier 和 NREL 正在努力创造一种更经济的替代方案 用于公用事业。

升级现有建筑以高效使用清洁能源将有助于减少我们的 国家的碳排放量。有许多解决方案，包括 高效的电气设备和电器，包括热泵系统。

对于许多美国家庭来说，热泵系统可能是一种经济高效的改进选择 家居舒适，同时节省能源和成本，使房屋更实惠 居住。虽然对快速发展的技术可能存在误解， 热泵系统已被证明能够通过一系列 的温度。随着技术的不断进步，热泵系统将继续 以更高的效率和更低的能源成本运行。

“简而言之，正确选择和安装的热泵系统将有效地加热 一个家，即使在非常寒冷的温度下，“实验室项目 Roderick Jackson 说 NREL 建筑技术研究经理。

热泵通常作为系统的一部分安装，其运行模式可以 根据需要包括电阻加热以满足加热负荷。

“我们开始看到制造商将热泵技术推向市场 运营效率比我们历史上看到的要高得多，“Jackson 补充道。 “对于这项技术的发展来说，这是一个激动人心的时刻，重要的是 我们提供与该领域相关的可靠和客观的研究。

NREL 的热测试设施拥有两个可实现高分辨率的暗室 以及住宅和商业 HVAC 系统的动态评估。照片由 NREL 的 Vern Slocum 拍摄

正在与长期合作伙伴 Xcel Energy 合作调查性能 住宅空气源热泵。该研究将结合实验室评估 在 NREL 的热测试设施进行现场验证，以提供能源需求的全面视角，以及 效率，同时满足低温和高海拔地区的供暖需求。

“将现场和实验室评估结合起来可以提供更全面的视图 在寒冷气候下的热泵性能，“NREL 高级工程师 Jon Winkler 说。 “在我们的实验室中，我们能够在不同的操作模式之间快速切换，收集 来自高精度传感器的数据和更好的控制条件。在现场，我们可以 包括人类行为和舒适因素。

NREL 的建筑研究综合方法超越了单个组件，还 考虑整个系统并支持公平部署新技术。适应 支持大量热泵系统的电网需要规划 以及投资以满足客户负载，同时保持可靠性和可负担性。

“与像 Xcel 这样的公用事业公司合作，该公司为寒冷气候热泵提供回扣， 创建一个反馈循环，以更好地了解热泵系统的实时情况 installed 以及在部署之前将更多 Imported 引入网格会发生什么 大规模，“Winkler 补充道。

在社区层面解决能源系统集成和脱碳问题有许多潜在的好处和策略。 NREL 的 URBANopt™（城市可再生建筑和社区优化）帮助提供解决方案 作为高性能建筑和能源系统的高级分析平台。

“我们为 URBANopt 所提供的能力和潜力感到自豪 帮助社区提高效率、减少需求并增强弹性，“他说 Ben Polly，NREL 建筑、社区和城市区创新主管 URBANopt 的研究领域和首席研究员。

与加州大学欧文分校合作，获得加州能源委员会资助 微电网设计项目将团队带到了亨廷顿海滩的 Oak View 社区， 加州。Oak View 项目的目标是提高可靠性和弹性 通过现场深度能源效率实现零能耗 可再生能源和储能与先进的社区规模能源系统控制相结合。

加利福尼亚州亨廷顿海滩的 Oak View 社区。摄影：Laura Novoa，加州大学尔湾分校

“URBANopt 使加州大学欧文分校和 NREL 能够评估建筑能源的不同情景 效率、电气化和社区的最佳分布式资源，同时 识别、量化和解决对当地配电的影响 基础设施，“NREL 机械工程师兼首席研究员 Sammy Houssainy 说 在项目中。

“建筑能量建模为预测和分析提供了一个非常宝贵的框架 能源消耗和建筑性能，“软件工程师 Katherine Fleming 说 在 NREL。“为了使我们的分析准确并与社区相关，我们需要 批判性地思考我们正在使用的模型表示。在我们的基准数据中， 我们假设了确定能耗和考虑什么的舒适度指标 标准家用电器。

在加州大学欧文分校、Oak View 社区领导和 NREL 团队成员明确表示，建筑能耗的基线数据 模型需要微调。许多家庭没有风扇等冷却设备 或空调，在有冷却设备的家庭中，它是 通常不会以为居民提供理想舒适度的方式使用。

“我们亲身体验了基于行业标准的原型建筑模型 并不总是现实的，这意味着我们必须立即重新考虑我们的假设。 弗莱明继续说道。

Fleming 领导了 NREL 软件工程师和社区之间的定期沟通 合作伙伴收集信息以进行可能的改进。在这里，团队认识到 需要扩展 URBANopt 的功能以捕获基线数据中的细微差别， 包括之前包含的装置的存在与否 作为标准，能够改变家庭中的居住者数量，以及更广泛的 与室内空气温度相关的选项范围。

“虽然像这样的项目有助于提高 URBANopt 代表更多元化的能力 社区，我们的工作还没有完成，“波莉补充道。“公平的建筑建模分析 对于我们向清洁能源转型至关重要，需要进一步改进。

NREL 利用独一无二的设施、软件开发能力和数据 解决建筑行业面临的最紧迫挑战的分析专业知识。 凭借最先进的综合研究平台和屡获殊荣的建筑科学家， NREL 与其合作伙伴合作，提供基于强大科学基础的解决方案。

“我们努力创新尖端技术并扩大我们的知识库， 但我们也专注于以集成的方式评估现有技术 随着我们迈向脱碳的未来，“该研究所主任 Achilles Karagiozis 说 NREL 的建筑技术和科学中心。“我们期待与 更多的合作伙伴并让更广泛的社区参与来实现这一目标。

来源：陈讲运清洁能源