中国被动式超低能耗绿色建筑发展


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1 被动房的特点

        被动房起源于德国,其特点是超低能耗、健康舒适。如何来实现超低能耗?

◆ 加厚保温,通常不低于200mm

    传热系数≤0.15W/ (m2·K)

    热负荷≤10W/m2(居住面积)

    年采暖能耗≤15kWh/ (m2·a)(居住面积)

◆ 断桥窗框和三层真空玻璃,换热系数K≤0.8W/ (m2·K)

◆ 加强密封,提高气密性,要求在50Pa负压时建筑屋的换气系数n50≤0.61/h

2 被动房通风的必要性

       通俗一点讲,被动房的外围护结构把整个建筑物做成了一个高度密封的保温瓶,如果没有可控的通风人将无法生活。

       给居室提供新鲜空气,有效排除室内的污浊空气及有害气体成了被动屋的关键因素之一。可控通风是被动屋的必备。

3 被动房对通风设备的要求

       可控通风是指通过机械方式把室外的新鲜空气送到室内,再将室内的污浊空气排向室外,保证室内24小时空气新鲜。

       国标规定:住宅和办公环境下新风量≥30m3/ (h·人)建议换气系数:居住0.51/h;办公1.01/h

       由于被动屋的总能耗很低,新风负荷在采暖和制冷时占的比例较高,不宜简单参考常规的做法确定新风换气系数。特别是寒冷天气更需要控制新风换气系数,原则上只需保证每人30m3/h的新风量。

       为了降低通风的能耗,被动屋的通风设备必须对排风侧的热量进行回收,并保证热回收效率不低于75%。

       德国被动屋研究所对家用通风及设备做了明确的规定。

       通用要求:

§          显热回收率(采暖,风量平衡,室外温度-15~10℃,室内20℃):ηh≥75%

§          全热回收效率:ηe≥60% (建议)

§          防冻时新风不能间断,室外温度低于-3℃启动防冻功能(新风预热)

§          新风和污风之间的风量的差异<10%

§          新风机的泄漏率:内部及外部≦3% (压差100Pa)

§         漏风系数(换气系数)n50≤0.61/h

§         新风量:

      新风换气系数

      正常:0.51/h

      极冷天气:(<-15°)0.21/h

      最低新风量:30m3/h/人

§         新风出风温度:≥16.5℃ (室外-10℃室内21℃,新风加预热,如图4所示。

§         新风耗电:≤0.45W/ (m3/h),扣除高效滤网和表冷器的影响

     ◆ 分户独立新风机(风量小于600m3/h):

     新风机风量使用范围:

§         最大运行风量Vmax为风机最高速运行,背压为169Pa时测得的风量值/1.3

§         最小运行风量Vmin为风机最低速,背压为49Pa时测得的风量值/0.7

§         标称风量(新风)V= (Vmax+Vmin)/2

§         新风机的使用范围是Vmin和Vmax之间。

§         待机能耗≤1W

      新风控制:至少三速控制(70%~80%,100%,130%)

      噪声:

        新风机设备间≤35dB (A)

§         居室≤25dB (A)

§         其他功能房≤30dB (A)

      设备包括热交换器,必须便于检查和清洗,过滤网更换不应超过一年。要求滤网更换用户自己可以完成。

      中央通风设备(风量大于600m3/h):

      在保证单位新风量耗功率≤0.45W/ (m3/h)和如下背压下测定的新风量为新风机的使用范围(表1)。

      鉴于住宅风道要比其他建筑屋短,所以要求的背压也低。以上背压对应的新风机只包括外壳、热交换器和风机。其他部件的压降应该扣除,过滤网允许最多扣除50Pa。

      考虑到新风机的调节范围、重量、外形尺寸等因素,单台新风机的风量不宜大幅超过10000m3/h。

4 被动房的新风设备(通风)

     根据采暖制冷的形式(主要是制冷)的要求,有集中式和分户独立新风设备两种。

     说明:

(1)如果选用板式全热交换器应选择可以水洗的材料如康舒膜做热交换器。

(2)冬冷地区(冬季温度低于-5℃)的新风机,不管是采用集中还是分户独立的形式,在新风入口处需要有防冻保护-预热。集中新风机可以选择电加热或防冻液热水加热。分户独立新风机可以通过电加热或混风来提高新风的入口温度。为了避免能耗过高,对高寒地区(温度<-20℃),应降低新风的换气系数,保证每人30m3/h即可。

(3)常规空调的做法是对除湿后的低温空气进行再加热,以免冷风直吹带来的弊病(不舒适、易感冒)。被动屋的新风量约为常规空调的10%,出风口的风速很低,新风流出后很快就会和周边热空气混合在一起,不用再考虑新风加再热段。如果出于某种考虑,出风口风速较高(>2m/s),可以改变出风口的方向,避免对人体直吹。

如果新风不承担制冷任务,可以通过增加一个热回收段对低温新风进行再热。尽量避免用辅助能源加热新风。

4.1 转轮式集中新风机

       转轮式全热回收新风机的特点是全热回收效率高,全热回收效率可以通过调节转轮速度来控制。其缺点是显而易见,部分污风会混到新风中,污风中的异味和细菌会跟着混进新风,出现少量的交叉污染。如果成本允许,可以在送风段加杀菌过滤段(如电子除尘净化杀菌或紫外线杀菌设备)。

◆ 转轮新风机组

常见的主要组成:新风和排风风机,转轮全热回收器(通常用一个全热转轮换热器),除湿盘管,加湿,高效过滤等。

由于转轮本身的成本特点,风量小于3000m3/h,不宜考虑采用这种热回收设备。

4.2 板式全热交换集中新风机

◆ 核心部件:全热交换器,分逆流型和交叉流型两种,如图8所示:

因交叉流型的热回收效率较低,直接采用达不到被动屋标准的要求,可以采用如下组合方式(准逆流换热):

逆流型换热器可以实现高效热回收,合理选型设计可以达到被动屋标准的要求。

◆ 热交换器机芯的材料:

常见的显热交换器的材料:铝箔或塑料薄板(夏季湿度高的地区不适合)

常见的全热交换器的材料:特殊塑料薄膜(康舒膜)或纸(不能水洗)

       我国大部分地区夏季室外空气的湿度大,都有除湿的要求,显热交换器不能满足节能要求,必须采用全热交换器。

       纸作为全热交换器的机芯的优势是湿度交换效率高,但其致命弱点是:透气率高,很难达到被动屋标准中的漏风率小于3%的要求;另外机芯受潮后容易滋生霉菌;机芯使用时间长了无法水洗,只能换新的,增加了维护成本。

       特殊塑料薄膜(康舒膜)是一种理想的全热交换材料,经过特殊处理后既能进行湿交换,还能抑制细菌的生长,又可以水洗。

4.3 分户独立新风机

       分户独立新风机是将高效逆流全热交换器、风机、滤网集成在一起,通常不带加湿和除湿模块。适用于只需要提供通风的暖通方案,即另有设备提供采暖、制冷和除湿。

4.4 户式新风采暖制冷一体机

户式新风采暖制冷一体机是解决被动屋住宅的最经济的选择。它是一种高效全热回收新风机和空气源热泵的组合。

5 室内风口的布置

被动屋的新风量较传统的空调风量低很,所以对新风出风口和回风口布置的位置有要求,需要保证新风能够覆盖(扩散)到每个角落。

◆ 简单法则:送风口布置到房间的最远端,回风口布置在走道、厨房、卫生间。如果房间较大,门缝缝隙不能满足透气(平衡排风)的要求,需要在内墙上设透气槽。

◆ 一体机———康舒家的风管布置(顶送风)

◆ 风管:

要求风阻小,并符合国家环保和健康要求。PVC因其软化添加料易分解出有害物质(二噁英),不建议大量使用。

室外部分(主管道)要求风管有10cm 以上的保温,流速不超过10m/s。

室内部分(没有结露风险的区域)风管应选用圆形风管,不需要保温,流速不超过5m/s。可以选择PE或PP材料的塑料管,外径90mm,110mm,160mm,200mm。

连接送风口支管:圆形风管,不需要保温。

◆ 选择地送风,风管埋地安装。应选择柔性双壁波纹管。地出风时室内的气流组织更均匀,但管道阻力要略高一些,每10m 高出25Pa左右。

总结

       新风是被动屋建筑不可缺少的组成部分,新风的任务是给室内提供足够的氧气,同时把室内的湿气、污浊空气及有害气体及时排出,创造健康舒适的室内居住或办公环境。

       新风的能耗占被动屋总能耗的比例较高,所以必须通过高效的全热交换器做能量回收。

       鉴于我国目前的空气质量总体较差,特别是固体颗粒物含量偏高,新风机还应该带有(亚)高效的滤网装置。新风系统是健康舒适节能的保证!


作者单位:森德(中国)暖通设备有限公司


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