美國國家可再生能源實驗室建設賞析

國家可再生能源實驗室(National Renewable Energy Laboratory簡稱“NREL”)，位于美國科羅拉多州，是美國可再生能源和能源效率的研究和開發(fā)的主要實驗室。實驗室科研人員的核心目標就是加速科技創(chuàng)新研究來創(chuàng)造可靠、可替代的能源方案。策略的核心是實驗室的研發(fā)能力，從理解可再生資源到這些資源轉化為可再生的電力和燃料，最終實現(xiàn)新能源電力和燃料用于家庭、商業(yè)建筑和車輛。

因此，實驗室對找到新能源方法來推動家庭、商業(yè)和汽車的發(fā)展作出杰出的貢獻。這是美國唯一一所專門致力于可再生能源基礎研究的國家實驗室。該實驗室目前有員工約1500人，另有800名訪問研究人員、實習生或合同工。據(jù)悉，該實驗室每年研究資金約3.5億美元。

今天的智能手機是一個復雜的電源設備，使用一個約1,400mAh容量的小型鋰離子電池為包括觸摸屏顯示器、中央處理單元、天線、揚聲器和麥克風等各種電子系統(tǒng)供電。所有組件，包括用于構建它的材料，都經過優(yōu)化，可以盡可能高效地執(zhí)行，以延長電池壽命。

越來越多的智能手機所體現(xiàn)出來的電力系統(tǒng)整合的重要性，正越來越多地被證明。混合動力汽車和屋頂太陽能陣列說明了消費級電力系統(tǒng)集成，大型太陽能和風力發(fā)電機組的安裝提供了一個未來的工業(yè)規(guī)模的電力系統(tǒng)。對高性能、高功率電氣系統(tǒng)的需求提高了制造商的能力，推動了研究工作。

在美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）工作的研究人員幾十年來一直在開發(fā)電力系統(tǒng)，他們認識到了這種表現(xiàn)良好的電力系統(tǒng)的重要性，并開始實施一項名為“能源系統(tǒng)集成”的舉措，以改善開發(fā)過程。

他們意識到，解決方案必須是一個全面的方法，可以在受控環(huán)境下成功測試、建模和開發(fā)電力系統(tǒng)。只有在嚴謹?shù)目茖W環(huán)境下，科學家才能正確地開發(fā)解決方案; 為此，NREL建立了能源系統(tǒng)集成設施（ESIF），該設施首次能夠大規(guī)模地開發(fā)和測試完整的低壓和中壓電力系統(tǒng)，并高效的運行。正如NREL在其所有工作方面的高效率目標一樣，建造團隊開發(fā)了一個工作場所，其能耗比全國平均辦公樓消耗的能源少74% ，提供高海拔實驗室空間，廣泛的戶外測試區(qū)域，不斷的為實現(xiàn)這一目標而努力，最終榮獲了2014 年度《研發(fā)雜志》實驗室。

國家可再生能源實驗室（NREL）建筑規(guī)劃

進入實驗室空曠的場地，首先映入眼簾的便是在陽光下熠熠生輝的太陽能板、停車場、行政大樓和實驗樓的屋頂全都安裝了太陽能板。在項目建設整個過程中，建筑師和工程師與NREL官員和研究人員一起工作，了解該設施需要什么。事實上，建筑設計機構進行了一個廣泛的調查過程，確定了該設施將進行哪些類型的研究。

1、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以嚴格的低能耗為目標

ESIF辦公樓已達到每平方英尺23.0 kBTU的能源消耗率（EUI），比全國平均水平高出74％。數(shù)據(jù)中心的電力使用效率（PUE）為1.04; 全國平均數(shù)據(jù)中心PUE介于1.5和2.0之間。

采用了一系列先進的技術和最佳實踐來平衡建筑物的能源和性能目標：

可操作的窗戶使整個建筑物自然冷卻和通風

由太陽能供電的風扇輔助控制辦公室環(huán)境

垂直和水平的外部遮陽設備，能控制進入建筑物的日光并減少太陽能熱量的獲得

大面積散熱天窗與15英尺長的天窗相結合，使日光深入辦公室內

每天上午10:00至下午2:00在辦公室和實驗室建筑物，燈光自然熄滅

來自實驗過程和電能被有效管理，收集并轉移到其他實驗室以供同時使用/再利用

數(shù)據(jù)中心的產生熱量在冬季被重復利用

除了屋頂?shù)奶柲茈姵匕澹摻ㄖ鈮κ褂米钚碌谋夭牧?，熱量損失極小，窗戶采用雙層甚至三層玻璃，隔熱隔音。部分窗戶采用了智能變色玻璃，可任意改變玻璃的透光率來控制室內亮度。

2、舒適的辦公區(qū)域

3、實時仿真的研究和測試環(huán)境

實驗室區(qū)域由14個實驗室、高臺控制室、室外測試臺、超綠色辦公大樓和高性能計算數(shù)據(jù)中心組成，致力于將新興的太陽能、氫氣、生物燃料和風能技術提供給主流市場。實驗室的核心是研究配電總線（REDB），這是美國第一個集成的兆瓦級半實物仿真系統(tǒng)。REDB允許研究人員和制造商在全功率和實際負載水平上進行實時仿真的集成測試，并在上市之前評估組件和系統(tǒng)性能。

國家實驗室已經研發(fā)成功了用氫氣作為動力的汽車，只需在氫氣加氣站充個3-5分鐘，車子就可以飛馳三百、五百英里。

一個千萬億次的高性能計算數(shù)據(jù)和可視化中心擴展了ESIF的研究能力，能夠對材料特性，工藝和完全集成的系統(tǒng)進行大規(guī)模建模和仿真。可視化中心提供了在三維空間中，身臨其境的虛擬環(huán)境中體驗這些復雜系統(tǒng)模擬的能力，能以１：１的比例模擬現(xiàn)實場景，從而讓研究人員直觀地進行分析，降低研究成本。

研究人員向記者展示了兩個例子，一個是模擬風力渦輪機形成的風洞，戴上３Ｄ眼鏡后甚至可走進風洞內部，了解風洞對其他風力渦輪機的影響；另一個是模擬汽車內部的冷暖空氣流動情況，有助于研究對車內局部如司機位置單獨進行加熱，從而提高汽車能效。

該項目獲得美國建筑師協(xié)會（AIA）杰出建筑獎，國際室內設計協(xié)會（IIDA）可持續(xù)發(fā)展獎，2014年度實驗室，2014年美國最佳實驗室，創(chuàng)造的能源“整體一體化”設計方法獲得了美國綠色建筑委員會LEED的白金級獎章。