基于PHPP模擬的夏熱冬冷地區被動房保溫參數推薦值研究

司大雄，唐立強，王同雨，陳家騏，段園煜，胡明明

（1.中鐵四局集團有限公司設計研究院，安徽 合肥 230022；2.合肥學院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

被動房概念1991年由wolfgang Feist以及Bo Adamson共同提出，最初的被動房定義為，無需傳統供暖制冷，僅靠新風即可滿足全部冷熱負荷并達到規定舒適度的建筑。由于新風能提供的冷熱負荷量很小，且相對于確定的新風換氣次數的設計值來說，這個量也基本是確定的。所以最終被動房的標準為一系列的確定值，而非相對值[2]。

國內目前也提出了若干被動房的相關定義以及判斷標準，此文采用最權威也是全世界使用最多的PHI（德國被動房研究所）的標準作為判斷依據，參考其對國內不同代表城市的被動房的研究[3]，為夏熱冬冷地區的被動房保溫厚度的設計提供一個參考值。鑒于不同體形系數，不同窗墻比所帶來的最終結果影響較大，此文采用3個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、成都以及鄭州三個城市氣候分別代表夏熱冬冷地區不同氣候特征來進行計算。鄭州雖然不嚴格屬于夏熱冬冷地區，但其地理位置為夏熱冬冷和寒冷地區的交界處，其氣候同夏熱冬冷地區北部城市相仿，由于目前PHI的國內城市氣候資料不多，此文使用鄭州氣候作為參考進行計算，用來代表夏熱冬冷地區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，不同的氣候條件最終會對結果有較大的影響。三個城市的選擇具有一定的代表性，其結果也有一定的參考性。

1 被動房標準

被動房以高室內熱舒適度和低能耗為特征。對于新建建筑，被動房的綜合經濟性較好。根據可再生一次能源的產生量，分為普通、優質以及特級三個被動房標準，其對應的認證標準如表1所示[1]。

PHI被動房標準 表1

PHI以此標準為依據，PHPP為計算軟件，結合Design PH建模軟件共同完成被動房的設計和認證，本文按照PHI普通級認證的要求，對夏熱冬冷地區的被動房的設計參數進行相應的研究，得出適合夏熱冬冷地區被動房設計參數的合理區間，為被動房的設計的參數選型提供參考。此研究針對的是假設模型情況下的建筑參數，實際建筑需根據其與假設模型的偏差做相應的修改和核算。

2 建筑模型的建立

本文采用的三個模型為假想模型，其對應的建筑基本參數如表2所示。

以上模型對應的Design PH模型如圖1～圖3所示。

在以上建筑模型的基礎上使用上海、鄭州、成都的氣候參數代入PHPP進行計算，得出對應各個城市的設計參數。

3 PHPP計算

3.1 氣候參數

建筑基本參數 表2

圖1 別墅Design PH模型和計算圖

圖2 高層Design PH模型和計算圖

圖3 辦公樓Design PH模型和計算圖

PHPP計算所采用的數據必須為PHI提供的數據，PHPP進行能耗計算使用的氣象參數為月平均參數，進行負荷計算使用的是最不利日平均參數，與國內慣用算法不同，其所計算出來的能耗及負荷也不同，國內算法得出來的能耗值不能作為PHI認證的參考值，PHI只認可由PHPP計算的能耗及負荷值。PHI氣候數據由月平均溫度、各方向輻照量、露點溫度以及天空溫度和地面溫度，同時提供了最不利日的平均參數作為供暖和制冷負荷計算的參數。

3.2 計算條件

計算邊界條件對于建筑能耗尤其的重要，PHPP在進行能耗計算時采用的邊界條件與國內常規計算不同。限于篇幅此部分不展開，可參考《德國被動房設計施工指南》附錄部分[1]。

除此之外，還需要針對每個建筑根據其建筑類型、戶數、人數、建筑墻體形式以及認證采用何種標準認證計算單獨進行輸入。

以上的參數為建筑的邊界條件，在此基礎上進行建筑的能耗平衡計算，進而確定建筑的供暖需求、供暖負荷、制冷需求、制冷負荷以及一次能源各個指標是否能滿足被動房標準的要求。

在確定邊界條件和氣候參數之后，還需要輸入建筑的體形參數，即圍護結構面積、建筑凈體積和門窗面積、遮陽情況，以上參數均為建筑的基本參數可由design PH直接導出。是將實體建筑簡化成模型的重要參數，在此基礎上通過賦予每個參數獨特的熱工性能就可以進行建筑的熱平衡計算，進而確定最優的被動房設計方案。

3.3 計算結果

根據PHPP計算的結果，在達到PHI認證的標準前提下，建筑的設計參數如表3所示。

能耗計算結果 表4

建筑設計參數表 表3

對應的能耗計算結果如表4所示。

3.4 結果分析

以上的設計參數為假設模型的一種設計參數，為方便進行研究，在計算時將除保溫以外的其他參數一般都按照統一的推薦值選取，推薦值的選取以現有的建成被動房項目中代表性的設計參數為參考，為被動房的一般選值做法，如果一般值不能滿足要求也做適當的調整。實際設計中參數可在推薦值上下浮動，但對應的保溫厚度也會有相應的調整，此處不再具體描述。

由以上數據可知，雖然同為夏熱冬冷地區，但由于氣候的參數不同，其被動房保溫設計的參數也不盡相同。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應的保溫厚度也不相同。為了對項目盡可能的優化，不造成投資過大，需要對項目進行準確的PHPP計算，此數據作為參考和推薦值，可在一開始設計時提供基本的保溫厚度的范圍選擇。目前有些被動房項目雖然處在夏熱冬冷地區，但其保溫厚度同中國北方的項目厚度相同，這也是不夠優化的設計，從而造成設計的浪費。

本文通過對3種不同類型建筑在3個氣候條件下的被動房設計得出一個被動房在夏熱冬冷地區的保溫設計區間推薦值，具體數據如表5。

夏熱冬冷地區的保溫推薦值區間較大，這個結果表明如果在此氣候區通過一刀切的方式來制定標準，難免會導致浪費，即使在同一氣候條件下不同的體型系數，建筑類型其保溫厚度也有較大的差別。

夏熱冬冷地區不同建筑類型（體量）保溫厚度推薦值 表5

4 結論

德國被動房的設計思路同傳統的節能標準不同，不是通過對指標的強制滿足或者參照建筑的節能率來體現。目前國內已有自己的被動式超低能耗建筑的評價方法，其評價方法與國內的節能建筑節能率計算相仿。針對國內越來越多的被動房項目采用與國內國情相適應的標準可以更快更容易的對被動房加以審核和評價。但根據不同城市氣候以及建筑本身體量以及建筑類型的單獨計算仍然是必要的。推薦值是為了方便一開始設計時選擇方向，最終的設計參數同推薦值有一定出入也是正常的，只要總的能耗指標滿足要求，就是一個合格的被動房。