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美国能源部3880万美元支持建筑脱碳，都有哪些技术？

2024-10-01    作者:GBWindows

导  读  


2024年9月17日，美国能源部（DOE）在“建筑能效前沿与创新技术（BENEFIT）2024”资助计划下，宣布为17个州的25个项目提供3880万美元的资金，用于研究和开发高影响力的建筑技术和实践，旨在实现建筑脱碳、减少电网高峰需求、增强韧性以及降低能源成本。


这项来自BENEFIT计划的资金将支持针对高优先级建筑技术的应用研究、开发和示范活动，包括建筑围护结构、照明以及供暖、通风和空调（HVAC）系统的下一代改造。此外，该资金还将支持在极端天气事件下增强建筑韧性的技术，使建筑能够在电网中发挥作用。

入选项目如下：

主题1：HVAC和热水加热

项目将致力于提高设备性能以降低碳排放和成本，并通过提供负担得起的HVAC设备和热水器来加速市场采用。

子主题1A：商业锅炉脱碳系统方法的组件验证

雪城大学（纽约州雪城）：“水暖外壳：一种用于高效脱碳改造的最小侵入式立面集成HVAC”。雪城大学环境与能源系统卓越中心、Hydronic Shell技术公司和Cycle Retrotech公司将合作开发和演示创新的专利水暖外壳（HS）改造解决方案。HydroBox通过水暖管道和通风管道提供供暖、制冷和通风，高效地集成到建筑立面中，对租户的影响最小。（资助金额：190万美元）

Hydronic Shell 预制立面板包括为多单元住宅建筑中的每个单元提供完整的供暖、制冷和通风所需的所有元件，或处理其他建筑类型（如办公室、学校和仓库）的周边负载。每个面板中的管道和管道系统连接到垂直立管，形成一个完整的 HVAC 系统，所有组件都封闭在新立面内。（美国专利：11,415,328 和 11,767,990）

中央设备

电热泵产生供应到循环壳体内管道的热水和冷水。所需的水温非常温和，使热泵能够以极高的效率运行。高效热泵与减少的负载相结合，意味着能耗和 CO2 排放量大大降低。空气处理机组对供应给壳体内立管的外部通风空气进行全面调节、除湿和过滤。它们还去除了厨房和浴室的废气，这些废气流经能量回收轮，以减少负载和能源消耗。中央供暖和制冷设备有多种选择。例如，该系统可以连接到空气源热泵、区域热网或地源热泵系统。中央设备提供了充足的热回收机会，例如将冷却产生的热量注入生活热水系统，或从建筑废水中回收热量。

个人控制

每个房间都将享受独立控制和外墙辐射供暖的卓越舒适度。持续供应经过全面调节、除湿和过滤的通风空气，确保卓越的室内空气质量。唯一的活动部件是 HydroBox 内的一个小风扇，可实现最少的维护和安静的运行。

HydroBox 是风机盘管机组和主动冷梁的混合体。它安装在 HVAC 腔内，窗台上有一个格栅。它补充了辐射供暖和制冷的能力，并将经过调节的通风空气混合到房间内。它专为静音操作而设计，可通过顶部格栅轻松访问所有组件。每个 HydroBox 需要的功率不到 30W，可由集成到外立面的低压布线系统供电。

用于需求响应和韧性的热存储
美国能源部3880万美元支持建筑脱碳，都有哪些技术？
通过现有立面辐射供暖和制冷，将现有的砖石立面变成了一个巨大的蓄热电池。只需关闭系统，储存的热量或热量就会继续向内辐射，从而长时间保持热舒适性。这是一种简单而有效的策略，用于在高峰事件期间与电力公司协调实施需求响应，或避免过多的高峰需求费用。它还通过在停电期间保持热稳定性来提高建筑物的韧性。

威斯康星大学麦迪逊分校（威斯康星州麦迪逊）：“寒冷气候级联热泵：一种替代水暖锅炉的直接解决方案”。该项目将开发一种市场就绪的热泵，可直接替换装有水暖系统的建筑中的天然气锅炉，且对建筑基础设施的改动最小。（资助金额：200万美元）

Ecotope（华盛顿州西雅图）：“使用先进替代锅炉进行脱碳和电气化（DECARB）”。Ecotope将演示一种简单的即插即用方法，使用丙烷和二氧化碳（CO2）制冷剂将商业化石燃料锅炉替换为电热泵。该项目将在两个低收入多家庭建筑中演示化石燃料锅炉的替换。这些打包或“整体式”空气-水热泵通过单个电气电路，从单个全包装产品中提供供暖、制冷和生活热水。（资助金额：130万美元）

RenewABILITY Energy Inc.（宾夕法尼亚州黑兹尔顿）：“使用热泵热水器和水平排水热回收的中央商业锅炉替换”。RenewABILITY Energy将协助、启用并证明使用建筑的排水（通过被动排水热回收系统）作为水源热泵的热源和/或热汇是成本效益高的。其好处包括直接减少或消除用于空间调节和热水加热的化石燃料使用。（资助金额：160万美元）

NETenergy（伊利诺伊州芝加哥）：“高效闭环混合热泵-热能储存”。NETenergy旨在开发、建模、验证和测试一种高效闭环混合CO2热泵-热化学系统，该系统可以替换现有的燃气锅炉，而无需替换现有的水暖分布系统。所提出的概念避免了昂贵的水暖分布系统替换，并为多家庭、商业建筑和区域系统中的中央燃气锅炉系统提供了直接替换方案。（资助金额：200万美元）

子主题1B：高湿度气候下冷却性能和成本改进

普渡大学（印第安纳州西拉法叶）：“一种集成专用室外空气系统的主动膜能量交换器，用于提高能效和室内空气质量”。普渡大学将领导设计和构建一个专用室外空气系统，该系统使用超低全球变暖潜势（GWP）的制冷剂和主动膜除湿。（资助金额：190万美元）

佛罗里达大学（佛罗里达州盖恩斯维尔）：“分离显热和潜热冷却的除湿除湿系统扩大规模和现场示范”。佛罗里达大学正在领导一种高效除湿技术的扩大规模和示范测试，该技术通过纳入分离显热和潜热冷却系统来最小化再加热。这项技术旨在为大型工业和商业场所，尤其是医院，进行除湿，以减少能源使用，进而降低运营成本。（资助金额：200万美元）

Transaera Inc.（马萨诸塞州萨默维尔）：“高效便携式空调中新型除湿涂层的评估”。Transaera正在设计、开发和测试一种使用新型除湿涂层的便携式空调。这项技术的应用可以使系统效率提高一倍。另一个目标是降低制造成本，与当前的便携式空调单元相比，实现设备首次成本降低25%。（资助金额：170万美元）

子主题1C：克服GWP<10的高效制冷剂障碍

GTI Energy（伊利诺伊州德斯普兰斯）：“CO2热泵的高效、无油压缩机/膨胀机”。GTI Energy正在设计和开发一种新型无油CO2压缩机/膨胀机。项目的成功可以显著推动CO2热泵技术的发展，进而促进天然制冷剂设备的市场采用。（资助金额：200万美元）

Effecterra Inc.（内华达州里诺）：“CO2热泵概念验证开发”。Effecterra将构建一个工作概念验证的25吨商业屋顶单元（RTU）热泵，该热泵使用CO2制冷剂。这一示范突出了超低全球变暖CO2制冷剂在RTU热泵中的市场应用潜力，其性能操作可超过当前同类最佳商业可用设备的性能。（资助金额：120万美元）

Evari Inc.（新罕布什尔州彼得伯勒）：“用于天然制冷剂热泵的低成本微型涡轮压缩机”。Evari将开发商业可行且成本效益高的住宅寒冷气候热泵，使用丙烷作为其工作流体。该项目使用新型微型涡轮压缩机技术，在最寒冷的条件下，其性能系数是当前同类最佳产品的两倍。（资助金额：170万美元）

Harvest Thermal Inc.（加利福尼亚州肯辛顿）：“克服成本和功能障碍，实现高效CO2热泵在住宅应用中的广泛商业化”。Harvest Thermal正在开发一种市场就绪的集成打包CO2制冷剂热泵系统，该系统以较低的成本提供高性能的组合供暖和热水系统。（资助金额：200万美元）

子主题1D：GWP<10的二次回路热泵设计和性能评估

空调、供暖和制冷技术研究所（AHRI）（弗吉尼亚州阿灵顿）：“空气-水热泵（ATWHP）技术实施：建立性能和安全措施”。橡树岭国家实验室、AHRI和马里兰大学学院公园之间的合作将解决在美国市场实施使用易燃制冷剂的热泵的性能和安全问题。该项目将通过确定技术要求来解决下一代热泵的代码和其他潜在部署障碍，从而支持超低全球变暖潜势制冷剂的发展。（资助金额：250万美元）

主题2：创新、可复制的低成本屋顶和阁楼改造

这些项目将以创新、可复制且低成本的屋顶和阁楼改造为特色。这一主题明确关注可负担性和使用低成本改造。

尚佩恩县区域规划委员会（伊利诺伊州尚佩恩）：“用于阁楼技术测试和渗透控制的COBotics（COBATTIC）”。尚佩恩县区域规划委员会与GTI Energy、Hearth Labs、FLX Solutions以及库克县社区和经济发展协会合作，将开发、评估和培训一种协作机器人（cobotic）和人工智能增强的热诊断系统，以识别阁楼空间中的水分损坏和空气泄漏位置。该工具的优点包括提高低收入社区的气密化和改造质量，改善气密化工作人员的职业安全和能力，以及提高能源效率，同时降低家庭改造成本。（资助金额：150万美元）

中佛罗里达大学（佛罗里达州奥兰多）：“使用低成本施工方法改进能源效率和湿度控制，以在炎热潮湿气候中封闭阁楼”。由中佛罗里达大学牵头，与佛罗里达太阳能中心、欧文斯科宁公司和圣约翰斯住房合作伙伴合作，该项目旨在通过演示和验证将管道埋入吹入式保温材料中，同时将阁楼从通风改为不通风（密封）阁楼的概念，来简化和降低阁楼改造的成本，而无需在炎热潮湿的气候中使用更昂贵的喷涂泡沫。该提案使用简单、低成本的施工方法，利用现有劳动力培训和当今气密化程序中常见的做法，因此增加了可扩展性的可能性，前提是可接受的湿度耐久性控制。这将显著提高阁楼的能源效率，并改善居住者的生活质量和安全性，尤其是在极端热浪期间。（资助金额：120万美元）

密苏里大学管理者（密苏里州哥伦比亚）：“低成本、耐用且抗辐射冷却屋顶，用于提高低收入和中等收入房屋的能源效率”。由密苏里大学和德克萨斯A&M大学牵头，与国家可再生能源实验室（NREL）和中密苏里社区行动计划合作，该项目旨在开发一种低成本的被动冷却薄膜，用于屋顶改造，以提高住宅建筑，尤其是低收入和中等收入（LMI）家庭的能源效率。亚环境温度辐射冷却薄膜可以帮助保持屋顶温度等于或低于环境温度，从而降低阁楼温度并节省冷却成本。该项目利用卷对卷制造工艺实现低成本和可扩展的应用。增强的耐久性和耐候性使薄膜能够保护屋顶结构免受空气、水和湿气渗透的影响。（资助金额：150万美元）

德克萨斯大学奥斯汀分校（德克萨斯州奥斯汀）：“用于制造房屋改造的可扩展被动辐射冷却屋顶系统”。德克萨斯大学奥斯汀分校将与PC Krause and Associates、橡树岭国家实验室、奥斯汀能源和The Other Ones合作，开发一种经济实惠的屋顶覆盖系统，该系统通过使用具有被动辐射冷却（PRC）特性的材料和薄膜，显著减少通过屋顶结构传入的热量。该团队将开发两种新颖方法来改造旧式、保温不良的房屋：1）一种用于降解/生锈屋顶的自粘PRC薄膜，2）一种用于油毡屋顶安装和多功能季节性部署的可伸缩PRC帆布。这些技术的部署将通过提供一种创新的被动冷却解决方案，最大限度地减少对传统空调的依赖，并增强对热浪的韧性，从而降低住宅能源消耗。（资助金额：150 万美元）

主题3：构建韧性与电力容量限制

这些项目探讨了韧性、可负担性和公平性之间的关系。

子主题3A：用于构建韧性和峰值负荷管理的表后电气系统

Stepwise Electric Inc.（位于纽约州布法罗）——“低压线路和模块化电力服务升级”。Stepwise Electric将把其电动汽车充电产品线扩展到热泵和热泵热水器。他们的产品是一种模块化电气组件，安装在电气面板和最终用途之间，同时监测整栋建筑的电力消耗，以确保同时发生的电气负荷不超过建筑的服务容量。通过这种方式，该产品线将通过避免昂贵且耗时的电气面板更换或增加公用事业服务容量的需求，来推动建筑和车辆电气化的普及。（获奖金额：140万美元）

Stepwise 的 EV Tap

Slipstream Group Inc.（位于威斯康星州麦迪逊）——“使用智能面板和节能电器对60安培负荷中心的经济适用型多家庭住房单元进行全面电气化”。Slipstream与Span和Redwood Energy合作，将为12栋建筑中的100个多家庭低收入住房单元验证低功率电气化解决方案。该团队将展示使用智能电气面板对配备固定60安培服务的公寓单元进行全面电气化的应用。通过监测电力消耗并在电路级别采用逻辑负荷优先级排序，该项目将寻求提供关于这种可扩展、低功率电气化解决方案的首批数据，该方案对建筑居住者的影响最小。（获奖金额：150万美元）


Siemens Corporation（位于新泽西州普林斯顿）——“绿色守护者：通过脱碳消防站增强韧性”。Siemens与NREL合作，将为老旧消防站开发一种采用表后直流配电的改造蓝图。升级后的配电系统将使暖通空调、照明和插座负荷与现场太阳能和电池储能共用同一直流电源主干线，从而实现增强的韧性和脱碳。随后，该蓝图将在与纽约州能源研究与发展管理局合作下，在纽约州金斯顿的一家消防站实施。（获奖金额：150万美元）

子主题3B：建筑过热保护中的韧性冷却解决方案

科罗拉多矿业学院（位于科罗拉多州戈尔登）——“窗户风扇能量储存系统（WiFESS）用于热韧性”。科罗拉多矿业学院与丹佛都会州立大学（MSU Denver）、EcoSnap LLC、Latinas Community Connections Services LLC以及Armstrong World Industries合作，将开发和评估一种经济实惠、便携、易于安装的窗户风扇能量储存系统。该系统将专注于在极端热浪和停电期间维持室内热舒适性，从而提高低收入家庭的热韧性。（获奖金额：150万美元）

中佛罗里达大学（位于佛罗里达州奥兰多）——“缓解炎热潮湿气候中的极端热事件”。中佛罗里达大学与Transaera和东南能效联盟合作，将开发和展示一种经济实惠、节能、便携的冷却器，以在极端热浪期间维持室内热舒适性和生存能力。该便携式冷却器将使用带有固体干燥剂涂层的新型热交换器，以快速除湿，从而将冷却效率提高44%，相比行业标准便携式空调。将该冷却器与能量储存相结合，将使系统能够在没有电网辅助的情况下至少运行24小时，并减少低收入和中收入家庭的能源需求。（获奖金额：140万美元）

主题4：商业照明改造进步

项目专注在照明创新，这些创新惠及社区导向的建筑类型，如学校、教堂和社区中心。

Biological Innovations and Optimization Systems, LLC.（BIOS）（位于加利福尼亚州圣地亚哥）——“结合视觉和健康应用效率的高效能灯具平台”。BIOS与Lumileds合作，将为格栅灯开发一种商业照明改造方案，该方案专门设计用于提供健康、有益的照明，同时降低能源需求。灯具的光谱构成将根据其对人类情绪的积极影响、警觉性、内稳态以及其他已知照明有助于调节的生理因素进行定制。通过利用针对适当波长光谱增强的新型荧光粉化学，BIOS灯具将使设计师能够以最低的能源成本满足严格的健康建筑标准。（获奖金额：100万美元）

BIOS 的 SKYVIEW系列产品

RTI International（位于北卡罗来纳州达勒姆）——“材料透明的可持续、高效能商业照明灯具”。RTI International将改进商业照明灯具的光学设计和荧光粉性能。此工作下的创新有潜力实现前所未有的效率目标，而不会增加眩光或其他负面照明品质。（获奖金额：80万美元）

LUXTECH, LLC.（位于宾夕法尼亚州费城）——“低成本可持续照明改造解决方案”。LUXTECH将使用回收的当地木材替代金属或塑料作为灯具外壳材料，通过使用更可持续的材料来减少照明改造的生命周期排放影响。这些新颖的线性灯具将使仍在使用效率较低的线性荧光灯的建筑无需完全更换灯具即可进行改造，从而使照明升级对于这些建筑更加可行。（获奖金额：100万美元）

需要注意的是：选择进行奖励谈判并不构成美国能源部承诺颁发奖励或提供资金的义务。在资金颁发之前，美国能源部和申请人将进行谈判过程，且在此期间，美国能源部可因任何原因取消谈判并撤销选择。


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