高寒地區(qū)被動(dòng)式低能耗居住建筑新風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)

劉旭峰

（四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

被動(dòng)式低能耗居住建筑是指一種通過將自然通風(fēng)、采光、太陽能輻射等被動(dòng)式節(jié)能手段，與工程手段相結(jié)合而建造出的居住建筑，人們通過根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)配套的新風(fēng)系統(tǒng)，能夠優(yōu)化該類型建筑的內(nèi)部空間舒適度，促進(jìn)被動(dòng)式低能耗居住建筑在高寒地區(qū)的普及推廣。

1 高寒地區(qū)被動(dòng)式低能耗居住建筑新風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 熱回收效率特點(diǎn)

在高寒地區(qū)，被動(dòng)式低能耗居住建筑的最大優(yōu)勢就是具有較高的氣密性能。就目前來看，我國對被動(dòng)式房屋的在氣密性上的規(guī)定為，當(dāng)室內(nèi)外壓差達(dá)到50Pa 時(shí)，換氣頻率應(yīng)在0.6 次/h 以下，也可以表述為n50≤0.6 次/h，同時(shí)，有研究者曾對烏魯木齊、鶴壁等高寒地區(qū)的被動(dòng)低能耗建筑進(jìn)行了氣密測試，結(jié)果顯示，高寒地區(qū)被動(dòng)式建筑的氣密性普遍在n50=4.4 ～20.7 次/h，由此可見，無論是在規(guī)定上，還是現(xiàn)實(shí)中，被動(dòng)式低能耗建筑的氣密性均較強(qiáng)?；诖?，為了消除氣密性較強(qiáng)所帶來的室內(nèi)二氧化碳濃度過高問題，滿足被動(dòng)式建筑對室內(nèi)二氧化碳濃度≤1000ppm 要求，新風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行中需要達(dá)到足夠的風(fēng)量，但風(fēng)量過大，很容易造成內(nèi)部溫度的散失，降低建筑內(nèi)部空間的舒適度。為此，設(shè)計(jì)者需要確保新風(fēng)系統(tǒng)的熱回收率在75%以上，以適應(yīng)被動(dòng)式建筑建設(shè)過程中對內(nèi)部空間舒適度的要求，因此，在高寒地區(qū)，被動(dòng)式建筑的新風(fēng)系統(tǒng)普遍具備高熱回收率的特點(diǎn)。

1.2 功能特點(diǎn)

被動(dòng)式建筑的制冷、制熱功能源于自然通風(fēng)、太陽能輻射，以及非供暖熱源等被動(dòng)式節(jié)能措施，而這部分措施所形成的制冷、制熱負(fù)荷較小，如果僅依靠被動(dòng)式措施，來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，很明顯難以達(dá)到預(yù)期的效果，不利于建筑內(nèi)部舒適度優(yōu)勢的塑造，因此，在功能上，被動(dòng)式建筑對新風(fēng)系統(tǒng)提出了主動(dòng)制冷、制熱的要求。此外，就目前來看，由于被動(dòng)式低能耗建筑尚未普及，市面上現(xiàn)有的制冷、采暖設(shè)備，基本上都是匹配常規(guī)的建筑需求而制造的，無法滿足被動(dòng)式低能耗建筑的節(jié)能要求，因此，與被動(dòng)式建筑匹配的新風(fēng)系統(tǒng)就需要具備一定的主動(dòng)制冷、制熱功能，以彌補(bǔ)該類型建筑無法配備專門制冷制熱設(shè)備而形成的不足?；诖?，被動(dòng)式建筑的新風(fēng)系統(tǒng)在功能上具備多樣性的特點(diǎn)。但在具體的功能要求上，被動(dòng)式建筑需要將室內(nèi)溫度維持在20 ～26℃，且全年周期內(nèi)，室內(nèi)溫度超出該范圍頻率，應(yīng)在10%以下，因此，新風(fēng)系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)上的功能必須具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性，由此可見，系統(tǒng)在功能上，還具備高穩(wěn)定、高可靠性的特點(diǎn)。

1.3 運(yùn)行特點(diǎn)

被動(dòng)式建筑相較于常規(guī)建筑的整體優(yōu)勢在于確保能耗大幅度降低的同時(shí)，顯著增強(qiáng)建筑內(nèi)部空間的舒適度。為了塑造該優(yōu)勢，被動(dòng)式建筑的內(nèi)部空間，需全年處于舒適狀態(tài)，并達(dá)到35%～65%的環(huán)境濕度條件、小于1000ppm 的二氧化濃度條件、臥室與客廳中的噪聲≤30dB（A）等，而新風(fēng)系統(tǒng)作為被動(dòng)式建筑保證內(nèi)部環(huán)境達(dá)到上述條件的重要輔助設(shè)施，設(shè)計(jì)者需要確保新風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，呈現(xiàn)出噪音小、濕度調(diào)控能力強(qiáng)、二氧化濃度調(diào)節(jié)效果好的特點(diǎn)，以有效落實(shí)新風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)能效。在此過程中，為了深入優(yōu)化建筑內(nèi)部空間的舒適度，新風(fēng)系統(tǒng)還需要具有自動(dòng)認(rèn)知室內(nèi)溫濕度、二氧化碳濃度條件的能力，并能根據(jù)上述條件，自動(dòng)運(yùn)行各項(xiàng)功能，以保證室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)效果，因此，新風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行上應(yīng)具備自動(dòng)化、低噪音、環(huán)境調(diào)控高效的特點(diǎn)。

1.4 能耗特點(diǎn)

在能耗方面，為了塑造出被動(dòng)式建筑的低能耗優(yōu)勢，新風(fēng)系統(tǒng)需要具備高效的能耗利用率，以實(shí)現(xiàn)保證室內(nèi)舒適度的同時(shí)，減少運(yùn)行能耗。在此過程中，設(shè)計(jì)者需根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、熱回收效率等性能，以避免能耗的浪費(fèi)。但對于高寒地區(qū)，由于該區(qū)域的采暖能耗在新風(fēng)系統(tǒng)總能耗中占據(jù)著較大的比例，因此，該地區(qū)被動(dòng)式建筑的新風(fēng)系統(tǒng)低能耗特點(diǎn)主要體現(xiàn)在制熱方面。在該方面，設(shè)計(jì)者通過合理地選擇輔助熱源，可以有效提高制熱能耗的利用率，使系統(tǒng)在制熱能耗方面呈現(xiàn)出突出的優(yōu)勢。此外，鑒于集中供暖的能耗量較大，利用率難以控制，所以在系統(tǒng)能耗特點(diǎn)的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者通常會(huì)提高新風(fēng)系統(tǒng)在制熱方面的主觀能動(dòng)性，使建筑在不參與集中供暖的情況下，也能借助被動(dòng)式手段，以及新風(fēng)系統(tǒng)的輔助，達(dá)到足夠的舒適度水平，因此，從整體上來看，新風(fēng)系統(tǒng)具備利用高效、可控的能耗特點(diǎn)。

2 高寒地區(qū)被動(dòng)式低能耗居住建筑新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 室內(nèi)新風(fēng)量設(shè)計(jì)

在新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，室內(nèi)新風(fēng)量設(shè)計(jì)作為其中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)行的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合高寒地區(qū)的實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行室內(nèi)新風(fēng)量的設(shè)計(jì)，以保證新風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足被動(dòng)式低能耗建筑的性能要求。在此過程中，根據(jù)國家規(guī)范，最小新風(fēng)量需要按照換氣次數(shù)來確定，同時(shí)，國家也為不同的建筑內(nèi)部空間人均占有量情況，制定了相應(yīng)的換氣次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即人均居住面積在10m2及以下時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)為0.7 次/h，人均居住面積在10 ～20m2時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)為0.6 次/h，人均居住面積在20 ～50m2時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)為0.5 次/h，人均居住面積在50m2以上時(shí)，換氣次數(shù)應(yīng)為0.45 次/h。但此后，住建部出臺的相關(guān)文件，要求最小新風(fēng)量則按30m3/h 計(jì)算，以確保新風(fēng)量與排風(fēng)量平衡。為此，有研究者分別按照上述兩種新風(fēng)量的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算了戶型面積98 ～230m2的住宅新風(fēng)量，并發(fā)現(xiàn)，對于100m2以下的戶型，兩種計(jì)算方法得出的最小新風(fēng)量一致，而100m2以上的戶型，需要按照換氣次數(shù)法計(jì)算，才能滿足兩種規(guī)范對最小新風(fēng)量的要求，因此，設(shè)計(jì)者需要采用換氣次數(shù)法，來設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)新風(fēng)量。

2.2 排風(fēng)熱回收率設(shè)計(jì)

在新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，排風(fēng)熱回收率包含三部分內(nèi)容，即溫度效率、濕度效率、焓效率，其中，在溫度效率的調(diào)節(jié)中，設(shè)計(jì)者主要應(yīng)用裝置為顯熱性排風(fēng)回收裝置，該裝置具備成本低的優(yōu)勢，但只負(fù)責(zé)回收顯熱，沒有濕回收功能。而在濕度效率、焓效率的調(diào)節(jié)中，常用的裝置為全熱性排風(fēng)熱回收裝置，該裝置能夠同時(shí)對潛熱、顯熱進(jìn)行熱回收，且具備濕回收的功能，可以有效應(yīng)對高寒地區(qū)的干燥環(huán)境，但成本較高?；诖?，曾有研究者對兩種排風(fēng)熱回收裝置進(jìn)行了使用測試，其測試環(huán)境為我國高寒地區(qū)，該地區(qū)全年有90 ～145天處于5℃以下，且冬季寒冷干燥，在測試中，研究者分別采用了全熱性排風(fēng)熱回收裝置與顯熱性排風(fēng)回收裝置來構(gòu)建新風(fēng)系統(tǒng)，待一段時(shí)間后，研究者發(fā)現(xiàn)顯熱交換會(huì)使室內(nèi)濕度降低，而全熱交換則能夠保證室內(nèi)濕度環(huán)境的穩(wěn)定、良好，因此，在條件允許的情況下，設(shè)計(jì)者采用全熱交換裝置為宜，但如果只能采用顯熱交換，那么就需適當(dāng)采取加濕措施，以新風(fēng)系統(tǒng)的濕度調(diào)控能力。此外，設(shè)計(jì)者還要注意，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，將全熱效率設(shè)置在70%以上，顯熱效率設(shè)置在75%以上，以保證設(shè)計(jì)的規(guī)范性。

2.3 輔助冷熱源設(shè)計(jì)

就目前來看，我國高寒地區(qū)的夏季平均溫度在28 攝氏度左右，雖然夜間濕度較高，但環(huán)境溫度一般都在20℃以上，所以，即便新風(fēng)系統(tǒng)具有輔助制冷功能，依然無法滿足室內(nèi)環(huán)境調(diào)控需求，因此，設(shè)計(jì)者還要在新風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置輔助制冷源，以保證新風(fēng)系統(tǒng)的效用。目前，運(yùn)行效果最好的新風(fēng)系統(tǒng)冷源為空調(diào)，所以，在高寒地區(qū)的被動(dòng)式建筑新風(fēng)系統(tǒng)中，依然需要設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)制冷的空調(diào)結(jié)構(gòu)，以確保建筑內(nèi)部空間的舒適度。在制熱方面，鑒于被動(dòng)式建筑的低能耗要求，設(shè)計(jì)者不宜采用集中供暖作為新風(fēng)系統(tǒng)的輔助熱源，而是應(yīng)該采用太陽能、空氣源熱泵等設(shè)施，來構(gòu)建輔助熱源，但出于對成本、建設(shè)難度、制熱穩(wěn)定性等方面的考慮，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)盡量采用空氣源熱泵作為新風(fēng)系統(tǒng)的輔助熱源，以保證輔助制熱效果。在此過程中，空氣源熱泵通常分為戶式小型機(jī)組、中型機(jī)組、大型機(jī)組等類型，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)建筑面積、區(qū)域特征等方面的實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)空氣源熱泵的設(shè)施規(guī)模，增強(qiáng)新風(fēng)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)效果，提升被動(dòng)式建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適度水平。

3 結(jié)語

綜上所述，增強(qiáng)被動(dòng)式建筑配套新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，有助于被動(dòng)式建筑領(lǐng)域的發(fā)展。在新風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)中，通過歸納被動(dòng)式建筑新風(fēng)系統(tǒng)的特征，并采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施，可以有效提升新風(fēng)系統(tǒng)在被動(dòng)式建筑內(nèi)部空間中的調(diào)節(jié)作用，增強(qiáng)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的效果。