司大雄，唐立強(qiáng)，王同雨，陳家騏，段園煜，胡明明

（1.中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230022；2.合肥學(xué)院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

被動(dòng)房概念1991年由wolfgang Feist以及Bo Adamson共同提出，最初的被動(dòng)房定義為，無(wú)需傳統(tǒng)供暖制冷，僅靠新風(fēng)即可滿足全部冷熱負(fù)荷并達(dá)到規(guī)定舒適度的建筑。由于新風(fēng)能提供的冷熱負(fù)荷量很小，且相對(duì)于確定的新風(fēng)換氣次數(shù)的設(shè)計(jì)值來(lái)說(shuō)，這個(gè)量也基本是確定的。所以最終被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)為一系列的確定值，而非相對(duì)值[2]。

國(guó)內(nèi)目前也提出了若干被動(dòng)房的相關(guān)定義以及判斷標(biāo)準(zhǔn)，此文采用最權(quán)威也是全世界使用最多的PHI（德國(guó)被動(dòng)房研究所）的標(biāo)準(zhǔn)作為判斷依據(jù)，參考其對(duì)國(guó)內(nèi)不同代表城市的被動(dòng)房的研究[3]，為夏熱冬冷地區(qū)的被動(dòng)房保溫厚度的設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考值。鑒于不同體形系數(shù)，不同窗墻比所帶來(lái)的最終結(jié)果影響較大，此文采用3個(gè)參考模型建筑分別為別墅、高層住宅以及辦公樓。采用此建筑在上海、成都以及鄭州三個(gè)城市氣候分別代表夏熱冬冷地區(qū)不同氣候特征來(lái)進(jìn)行計(jì)算。鄭州雖然不嚴(yán)格屬于夏熱冬冷地區(qū)，但其地理位置為夏熱冬冷和寒冷地區(qū)的交界處，其氣候同夏熱冬冷地區(qū)北部城市相仿，由于目前PHI的國(guó)內(nèi)城市氣候資料不多，此文使用鄭州氣候作為參考進(jìn)行計(jì)算，用來(lái)代表夏熱冬冷地區(qū)北部較寒冷城市的氣候特征。上海代表東部沿海教潮濕的氣候，成都代表西南地區(qū)，不同的氣候條件最終會(huì)對(duì)結(jié)果有較大的影響。三個(gè)城市的選擇具有一定的代表性，其結(jié)果也有一定的參考性。

1 被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)

被動(dòng)房以高室內(nèi)熱舒適度和低能耗為特征。對(duì)于新建建筑，被動(dòng)房的綜合經(jīng)濟(jì)性較好。根據(jù)可再生一次能源的產(chǎn)生量，分為普通、優(yōu)質(zhì)以及特級(jí)三個(gè)被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)應(yīng)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)如表1所示[1]。

PHI被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn) 表1

PHI以此標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，PHPP為計(jì)算軟件，結(jié)合Design PH建模軟件共同完成被動(dòng)房的設(shè)計(jì)和認(rèn)證，本文按照PHI普通級(jí)認(rèn)證的要求，對(duì)夏熱冬冷地區(qū)的被動(dòng)房的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的研究，得出適合夏熱冬冷地區(qū)被動(dòng)房設(shè)計(jì)參數(shù)的合理區(qū)間，為被動(dòng)房的設(shè)計(jì)的參數(shù)選型提供參考。此研究針對(duì)的是假設(shè)模型情況下的建筑參數(shù)，實(shí)際建筑需根據(jù)其與假設(shè)模型的偏差做相應(yīng)的修改和核算。

2 建筑模型的建立

本文采用的三個(gè)模型為假想模型，其對(duì)應(yīng)的建筑基本參數(shù)如表2所示。

以上模型對(duì)應(yīng)的Design PH模型如圖1～圖3所示。

在以上建筑模型的基礎(chǔ)上使用上海、鄭州、成都的氣候參數(shù)代入PHPP進(jìn)行計(jì)算，得出對(duì)應(yīng)各個(gè)城市的設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 PHPP計(jì)算

3.1 氣候參數(shù)

建筑基本參數(shù) 表2

圖1 別墅Design PH模型和計(jì)算圖

圖2 高層Design PH模型和計(jì)算圖

圖3 辦公樓Design PH模型和計(jì)算圖

PHPP計(jì)算所采用的數(shù)據(jù)必須為PHI提供的數(shù)據(jù)，PHPP進(jìn)行能耗計(jì)算使用的氣象參數(shù)為月平均參數(shù)，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算使用的是最不利日平均參數(shù)，與國(guó)內(nèi)慣用算法不同，其所計(jì)算出來(lái)的能耗及負(fù)荷也不同，國(guó)內(nèi)算法得出來(lái)的能耗值不能作為PHI認(rèn)證的參考值，PHI只認(rèn)可由PHPP計(jì)算的能耗及負(fù)荷值。PHI氣候數(shù)據(jù)由月平均溫度、各方向輻照量、露點(diǎn)溫度以及天空溫度和地面溫度，同時(shí)提供了最不利日的平均參數(shù)作為供暖和制冷負(fù)荷計(jì)算的參數(shù)。

3.2 計(jì)算條件

計(jì)算邊界條件對(duì)于建筑能耗尤其的重要，PHPP在進(jìn)行能耗計(jì)算時(shí)采用的邊界條件與國(guó)內(nèi)常規(guī)計(jì)算不同。限于篇幅此部分不展開(kāi)，可參考《德國(guó)被動(dòng)房設(shè)計(jì)施工指南》附錄部分[1]。

除此之外，還需要針對(duì)每個(gè)建筑根據(jù)其建筑類型、戶數(shù)、人數(shù)、建筑墻體形式以及認(rèn)證采用何種標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證計(jì)算單獨(dú)進(jìn)行輸入。

以上的參數(shù)為建筑的邊界條件，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑的能耗平衡計(jì)算，進(jìn)而確定建筑的供暖需求、供暖負(fù)荷、制冷需求、制冷負(fù)荷以及一次能源各個(gè)指標(biāo)是否能滿足被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在確定邊界條件和氣候參數(shù)之后，還需要輸入建筑的體形參數(shù)，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積、建筑凈體積和門窗面積、遮陽(yáng)情況，以上參數(shù)均為建筑的基本參數(shù)可由design PH直接導(dǎo)出。是將實(shí)體建筑簡(jiǎn)化成模型的重要參數(shù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)賦予每個(gè)參數(shù)獨(dú)特的熱工性能就可以進(jìn)行建筑的熱平衡計(jì)算，進(jìn)而確定最優(yōu)的被動(dòng)房設(shè)計(jì)方案。

3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)PHPP計(jì)算的結(jié)果，在達(dá)到PHI認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)前提下，建筑的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

能耗計(jì)算結(jié)果 表4

建筑設(shè)計(jì)參數(shù)表 表3

對(duì)應(yīng)的能耗計(jì)算結(jié)果如表4所示。

3.4 結(jié)果分析

以上的設(shè)計(jì)參數(shù)為假設(shè)模型的一種設(shè)計(jì)參數(shù)，為方便進(jìn)行研究，在計(jì)算時(shí)將除保溫以外的其他參數(shù)一般都按照統(tǒng)一的推薦值選取，推薦值的選取以現(xiàn)有的建成被動(dòng)房項(xiàng)目中代表性的設(shè)計(jì)參數(shù)為參考，為被動(dòng)房的一般選值做法，如果一般值不能滿足要求也做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。實(shí)際設(shè)計(jì)中參數(shù)可在推薦值上下浮動(dòng)，但對(duì)應(yīng)的保溫厚度也會(huì)有相應(yīng)的調(diào)整，此處不再具體描述。

由以上數(shù)據(jù)可知，雖然同為夏熱冬冷地區(qū)，但由于氣候的參數(shù)不同，其被動(dòng)房保溫設(shè)計(jì)的參數(shù)也不盡相同。同樣即使在同一氣候條件下不同的建筑體量以及建筑類型其對(duì)應(yīng)的保溫厚度也不相同。為了對(duì)項(xiàng)目盡可能的優(yōu)化，不造成投資過(guò)大，需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行準(zhǔn)確的PHPP計(jì)算，此數(shù)據(jù)作為參考和推薦值，可在一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)提供基本的保溫厚度的范圍選擇。目前有些被動(dòng)房項(xiàng)目雖然處在夏熱冬冷地區(qū)，但其保溫厚度同中國(guó)北方的項(xiàng)目厚度相同，這也是不夠優(yōu)化的設(shè)計(jì)，從而造成設(shè)計(jì)的浪費(fèi)。

本文通過(guò)對(duì)3種不同類型建筑在3個(gè)氣候條件下的被動(dòng)房設(shè)計(jì)得出一個(gè)被動(dòng)房在夏熱冬冷地區(qū)的保溫設(shè)計(jì)區(qū)間推薦值，具體數(shù)據(jù)如表5。

夏熱冬冷地區(qū)的保溫推薦值區(qū)間較大，這個(gè)結(jié)果表明如果在此氣候區(qū)通過(guò)一刀切的方式來(lái)制定標(biāo)準(zhǔn)，難免會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)，即使在同一氣候條件下不同的體型系數(shù)，建筑類型其保溫厚度也有較大的差別。

夏熱冬冷地區(qū)不同建筑類型（體量）保溫厚度推薦值 表5

4 結(jié)論

德國(guó)被動(dòng)房的設(shè)計(jì)思路同傳統(tǒng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不同，不是通過(guò)對(duì)指標(biāo)的強(qiáng)制滿足或者參照建筑的節(jié)能率來(lái)體現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)已有自己的被動(dòng)式超低能耗建筑的評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)方法與國(guó)內(nèi)的節(jié)能建筑節(jié)能率計(jì)算相仿。針對(duì)國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的被動(dòng)房項(xiàng)目采用與國(guó)內(nèi)國(guó)情相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)可以更快更容易的對(duì)被動(dòng)房加以審核和評(píng)價(jià)。但根據(jù)不同城市氣候以及建筑本身體量以及建筑類型的單獨(dú)計(jì)算仍然是必要的。推薦值是為了方便一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)選擇方向，最終的設(shè)計(jì)參數(shù)同推薦值有一定出入也是正常的，只要總的能耗指標(biāo)滿足要求，就是一個(gè)合格的被動(dòng)房。