董 奇 英

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

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簡(jiǎn)述被動(dòng)房在通風(fēng)方面的技術(shù)措施

董 奇 英

(國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100095)

簡(jiǎn)述了被動(dòng)房的定義及主要技術(shù)措施，依據(jù)被動(dòng)房的通風(fēng)原理，從通風(fēng)設(shè)施和地?zé)峤粨Q器兩方面，闡述了被動(dòng)房在通風(fēng)方面的技術(shù)措施，并結(jié)合兩個(gè)案例，分析了技術(shù)措施的具體應(yīng)用，有利于被動(dòng)房的全面推廣。

被動(dòng)房，通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)械通風(fēng)，地?zé)峤粨Q器

0 引言

眾所周知，能源的短缺和環(huán)境之重負(fù)，源于世界范圍內(nèi)日益增長(zhǎng)的能源消耗。在中國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗已占總能耗的30%～35%。建筑節(jié)能成為節(jié)能減排潛力之最。建造被動(dòng)房，這種相對(duì)如今一般房屋可平均節(jié)約90%能量的建筑，能使我們?yōu)橹龀龈筘暙I(xiàn)。所以現(xiàn)在被動(dòng)房在我國(guó)越來(lái)越受到社會(huì)各界的青睞，成為學(xué)術(shù)研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐的一大關(guān)注點(diǎn)。本文主要介紹被動(dòng)房在通風(fēng)方面的技術(shù)措施。

1 被動(dòng)房的基本情況

1.1 被動(dòng)房的定義

按照歐盟委員會(huì)支持的歐洲被動(dòng)房建筑促進(jìn)項(xiàng)目中對(duì)被動(dòng)房的定義，被動(dòng)房是指不通過傳統(tǒng)的采暖方式和主動(dòng)的空調(diào)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)舒適的冬季和夏季室內(nèi)環(huán)境的建筑。

1.2 被動(dòng)房的主要技術(shù)措施

目前的被動(dòng)房項(xiàng)目主要致力于解決冬季的采暖問題，其設(shè)計(jì)理念的核心思想在于最大限度地減少建筑的熱量損失。其技術(shù)措施有四個(gè)方面：加強(qiáng)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能；提高建筑的氣密性；機(jī)械送風(fēng)并進(jìn)行熱回收；低熱負(fù)荷的采暖方式。

被動(dòng)房的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系有很好的保溫隔熱性能和整體氣密性，有效減少了熱傳導(dǎo)和熱量損失，但為了提供更舒適的室內(nèi)空氣品質(zhì)，需要機(jī)械送新風(fēng)并進(jìn)行熱回收。同時(shí)，為了滿足居住舒適度的要求，須保證一定的新風(fēng)量。被動(dòng)房把建筑排風(fēng)中的熱量回收，用以預(yù)熱室外的新鮮空氣并送入室內(nèi)，解決了傳統(tǒng)建筑在冬季采暖與通風(fēng)換氣的主要技術(shù)矛盾。

2 被動(dòng)房在通風(fēng)方面的技術(shù)措施

2.1 被動(dòng)房的通風(fēng)原理

根據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：北京地區(qū)住宅冬季采暖的室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)不低于0.5次/h。在被動(dòng)房中可以通過新風(fēng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)房間的溫度，經(jīng)過加熱的新風(fēng)送入房間就足夠保持設(shè)計(jì)的室內(nèi)氣溫。機(jī)械新風(fēng)使空氣的質(zhì)量比自然通風(fēng)的空氣質(zhì)量大大提高。

對(duì)于中央控制通風(fēng)，新鮮空氣主要使用房間借助閥門或安置在墻上或屋頂上的噴嘴進(jìn)行分配，新鮮空氣遇到進(jìn)氣空間均勻通過漂凈，不對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)和室內(nèi)舒適度構(gòu)成任何干擾。

在排氣房間，所有空氣集中于同一管道以期集中輸送進(jìn)入熱交換器。這里，進(jìn)入熱交換器的廢氣的含熱量交換給進(jìn)來(lái)的新鮮空氣，但二者沒有混合。然后廢氣作為離開氣體經(jīng)管道排出建筑物。

被動(dòng)房在夏日通風(fēng)排氣應(yīng)注意：窗戶玻璃遮陽(yáng)以減小太陽(yáng)照射及熱擴(kuò)散；機(jī)械通風(fēng)排氣不用熱量回收(繞過回避)，但經(jīng)地?zé)峤粨Q器使新鮮空氣預(yù)冷。

2.2 帶有高效熱交換器的通風(fēng)設(shè)施

機(jī)械通風(fēng)和熱回收系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件是熱交換器。它的作用是引導(dǎo)溫度較低的新鮮空氣在進(jìn)入室內(nèi)之前，在熱交換器中與溫度較高的向外排出的空氣隔一層薄板相遇，使新鮮的空氣從排出的空氣中獲得一部分熱量。帶有高效熱回收的機(jī)械式通風(fēng)設(shè)施對(duì)于被動(dòng)房來(lái)說(shuō)是必不可少的。

高熱量回收值的通風(fēng)系統(tǒng)中的空氣—空氣熱交換器主要有兩大類：交叉氣流—空氣/空氣—熱交換器和對(duì)流—空氣/空氣—熱交換器。交叉式熱交換器是早期典型的熱交換器，新鮮空氣和排出的空氣經(jīng)過相互垂直的兩組孔道流過進(jìn)行熱交換，這種交換器早期產(chǎn)品的熱回收率只有50%～60%，現(xiàn)在市場(chǎng)上的新產(chǎn)品的回收率可以最高達(dá)到85%以上；對(duì)流式熱交換器熱回收率一般是80%～90%，新鮮空氣和排出的空氣在兩組相互平行的管道中以相反的方向流過熱交換器，兩股氣流得到更為充分的“接觸”，而且它們之間始終保持一定的溫度差，所以能使更多的熱量從排出的空氣中流向新鮮空氣。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，常常采用二者結(jié)合即交叉—對(duì)流—空氣/空氣—熱交換器。

安裝大的熱交換器，當(dāng)外面溫度低于-5 ℃時(shí)在排氣處可能會(huì)結(jié)冰。避免結(jié)冰的方法是裝設(shè)地?zé)峤粨Q器。在供暖期，地?zé)峤粨Q器可基于外部地層和外部空氣間自然溫度差(最大能達(dá)20 ℃)使外部空氣預(yù)熱，改善廢氣熱回收設(shè)施的預(yù)熱程度。與此同時(shí)，它可防止冬天熱交換器結(jié)冰。如不用這一預(yù)熱，必須在吸入過濾器和熱交換器之間有一前置熱調(diào)節(jié)器以代替結(jié)冰監(jiān)視控制器。無(wú)論如何要避免廢氣通過熱交換器向外排出時(shí)結(jié)露，甚至造成熱交換器結(jié)冰。在夏天，地?zé)峤粨Q器亦可經(jīng)一迂回管路將干燥冷空氣引入幫助房屋制冷。

2.3 地?zé)峤粨Q器

在被動(dòng)房通風(fēng)系統(tǒng)使用的高回收率熱交換器，常有由進(jìn)氣風(fēng)扇的截流閥或開關(guān)控制的防霜保護(hù)，但是仍要帶有新鮮空氣預(yù)熱，以防止嚴(yán)冬時(shí)節(jié)熱交換器廢氣口處水蒸氣凝結(jié)甚至結(jié)冰。通過地?zé)峤粨Q器預(yù)熱，即便外面空氣溫度低至-15 ℃，進(jìn)入熱交換器空氣溫度亦可達(dá)0 ℃～5 ℃。地下熱交換不僅可以防霜，還可大大提高冬天通風(fēng)排氣設(shè)備的效率，在夏天還可使空氣預(yù)冷，增加整體系統(tǒng)效能和舒適度。有兩種地?zé)峤粨Q器類型：

1)新鮮空氣直接預(yù)熱。

地?zé)峤粨Q器可用直徑150 mm～200 mm人工材料管或水泥管，埋于地下至少1.5 m深，則地下土壤的熱量可供利用。通風(fēng)排氣所用空氣直接從這些管子中預(yù)熱。

2)新鮮空氣間接預(yù)熱。

新鮮空氣間接預(yù)熱啟用一個(gè)位于地下土壤中且充滿鹽水的熱交換器。聚乙烯管道，對(duì)于一個(gè)獨(dú)家住宅而言，埋于地下至少1.5 m深環(huán)繞住宅兩圈約100 m長(zhǎng)，然后，充以鹽水并和翻轉(zhuǎn)泵，調(diào)節(jié)單元，膨脹皿相連。這些鹽水將導(dǎo)入一個(gè)熱交換器。在進(jìn)入中央通風(fēng)系統(tǒng)之前的新鮮空氣在這里與之進(jìn)行熱交換。這種新鮮空氣吸收從地?zé)崴A熱量可被預(yù)熱到0 ℃～5 ℃。

3 案例分析

3.1 達(dá)姆施塔特—克然尼斯坦被動(dòng)房(Passive House Darmstadt Kranichstein)

在這個(gè)項(xiàng)目中采用了對(duì)流式熱交換器，因?yàn)檫@是最早的完全依賴機(jī)械通風(fēng)的居住建筑之一，居室的空氣質(zhì)量受到特別的重視。為了監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，安裝了一個(gè)CO2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。居住空間里的空氣用氣泵通過聚乙烯塑料管抽到一個(gè)容器中，經(jīng)混合后排出室外，在排氣口設(shè)置一個(gè)CO2感應(yīng)器。這個(gè)感應(yīng)器可以檢測(cè)居室的空氣質(zhì)量，也同時(shí)控制通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，并對(duì)居室的空氣質(zhì)量做了連續(xù)的記錄。室外的新鮮空氣都經(jīng)過地下管道進(jìn)入空氣熱回收器，然后輸送到居住空間。每一戶都有3根15 m長(zhǎng)的塑料管，埋在比地下室地板還低1 m深的地層中，管子的直徑為100 mm。這個(gè)深度的溫度在冬天通常都能保持在10 ℃左右，當(dāng)室外氣溫在-5 ℃～-10 ℃時(shí)，空氣經(jīng)過地下預(yù)熱的意義便非常明顯。管道入風(fēng)口的過濾器必須能夠有效地過濾掉空氣中的污物，以避免管道內(nèi)被污染。

3.2 度那幼兒園(Kindergarten Dohna)

此項(xiàng)目為了減少冷空氣滲透和無(wú)組織通風(fēng)引起的熱損失，采用了一個(gè)高效率的通風(fēng)及熱回收系統(tǒng)。為使整個(gè)系統(tǒng)具有更高的效率，設(shè)計(jì)中也更加重視系統(tǒng)中的管道和各部分部件密封及保溫措施。熱回收系統(tǒng)中應(yīng)用了一種新型的“熱輪”熱回收器。這種熱回收器不僅可以提高熱回收率，而且也可回收排氣中的水分，用以調(diào)節(jié)進(jìn)氣的空氣濕度。這樣在寒冷的冬天，即使室外溫度很低，室內(nèi)外溫差很大，但室內(nèi)的空氣卻不至于太干燥。為了既保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)又盡量減少換氣量，在每一個(gè)活動(dòng)或工作的空間都安裝了一個(gè)空氣質(zhì)量傳感器，用它控制各個(gè)房間的進(jìn)風(fēng)量。送風(fēng)系統(tǒng)采取恒壓方式，所以，當(dāng)控制減小出風(fēng)口的大小時(shí)，進(jìn)風(fēng)量也就相應(yīng)會(huì)減少。

4 結(jié)語(yǔ)

被動(dòng)房被譽(yù)為世界上最節(jié)能的建筑，它已經(jīng)在歐美得到蓬勃發(fā)展。隨著被動(dòng)房進(jìn)入中國(guó)的腳步日益加速，我國(guó)作為能源消耗大國(guó)，全面推廣被動(dòng)房將有利于緩解能源緊張的矛盾。被動(dòng)房要想創(chuàng)造出人們滿意的室內(nèi)熱舒適環(huán)境，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮高效率的通風(fēng)策略，解決這一被動(dòng)房存在的薄弱環(huán)節(jié)，才能提高被動(dòng)房在今后的巨大發(fā)展空間，讓社會(huì)各界認(rèn)知和接受這一“新生事物”。

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Discussion on the technical measures of passive house in ventilation aspects

Dong Qiying

(NationalNuclearPowerPlanning&DesignInstitute,Beijing100095,China)

This paper briefly described the definition and main technical measures of passive house, based on the ventilation principle of passive house, from the ventilation facilities and heat exchanger two aspects, elaborated the technical measures of passive house in ventilation aspects, combining with two cases, analyzed the specific application of technical measures, helpful to the comprehensive promotion for passive house.

passive house, ventilation system, mechanical ventilation, geothermal heat exchanger

1009-6825(2016)28-0128-02

2016-07-27

董奇英(1985- )，女，工程師

TU834.3

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