美國國家可再生能源實驗室建設(shè)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(biāo)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(zhuǎn)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(xiàn)。這是美國唯一一所專門致力于可再生能源基礎(chǔ)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(xí)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(fù)雜的電源設(shè)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(fēng)等各種電子系統(tǒng)供電。所有組件，包括用于構(gòu)建它的材料，都經(jīng)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?；旌蟿恿ζ嚭臀蓓斕柲荜嚵姓f明了消費級電力系統(tǒng)集成，大型太陽能和風(fēng)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(rèn)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(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)環(huán)境下，科學(xué)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(shè)施（ESIF），該設(shè)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(biāo)一樣，建造團(tuán)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(biāo)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(jìn)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(shè)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(shè)施需要什么。事實上，建筑設(shè)計機構(gòu)進(jìn)行了一個廣泛的調(diào)查過程，確定了該設(shè)施將進(jìn)行哪些類型的研究。

1、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以嚴(yán)格的低能耗為目標(biāo)

ESIF辦公樓已達(dá)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(jìn)的技術(shù)和最佳實踐來平衡建筑物的能源和性能目標(biāo)：

可操作的窗戶使整個建筑物自然冷卻和通風(fēng)

由太陽能供電的風(fēng)扇輔助控制辦公室環(huán)境

垂直和水平的外部遮陽設(shè)備，能控制進(jìn)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(jié)合，使日光深入辦公室內(nèi)

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(zhuǎn)移到其他實驗室以供同時使用/再利用

數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)生熱量在冬季被重復(fù)利用

除了屋頂?shù)奶柲茈姵匕?，該建筑外墻使用最新的保溫材料，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(nèi)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(fēng)能技術(shù)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(fù)載水平上進(jìn)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(jīng)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(kuò)展了ESIF的研究能力，能夠?qū)Σ牧咸匦?，工藝和完全集成的系統(tǒng)進(jìn)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(fù)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(jìn)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(fēng)力渦輪機形成的風(fēng)洞，戴上３Ｄ眼鏡后甚至可走進(jìn)風(fēng)洞內(nèi)部，了解風(fēng)洞對其他風(fēng)力渦輪機的影響；另一個是模擬汽車內(nèi)部的冷暖空氣流動情況，有助于研究對車內(nèi)局部如司機位置單獨進(jìn)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(nèi)設(shè)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(shè)計方法獲得了美國綠色建筑委員會LEED的白金級獎?wù)隆?/p>