高寒地區被動式低能耗居住建筑新風系統的特點及設計

劉旭峰

（四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

被動式低能耗居住建筑是指一種通過將自然通風、采光、太陽能輻射等被動式節能手段，與工程手段相結合而建造出的居住建筑，人們通過根據其特點設計配套的新風系統，能夠優化該類型建筑的內部空間舒適度，促進被動式低能耗居住建筑在高寒地區的普及推廣。

1 高寒地區被動式低能耗居住建筑新風系統的特點

1.1 熱回收效率特點

在高寒地區，被動式低能耗居住建筑的最大優勢就是具有較高的氣密性能。就目前來看，我國對被動式房屋的在氣密性上的規定為，當室內外壓差達到50Pa 時，換氣頻率應在0.6 次/h 以下，也可以表述為n50≤0.6 次/h，同時，有研究者曾對烏魯木齊、鶴壁等高寒地區的被動低能耗建筑進行了氣密測試，結果顯示，高寒地區被動式建筑的氣密性普遍在n50=4.4 ～20.7 次/h，由此可見，無論是在規定上，還是現實中，被動式低能耗建筑的氣密性均較強。基于此，為了消除氣密性較強所帶來的室內二氧化碳濃度過高問題，滿足被動式建筑對室內二氧化碳濃度≤1000ppm 要求，新風系統在運行中需要達到足夠的風量，但風量過大，很容易造成內部溫度的散失，降低建筑內部空間的舒適度。為此，設計者需要確保新風系統的熱回收率在75%以上，以適應被動式建筑建設過程中對內部空間舒適度的要求，因此，在高寒地區，被動式建筑的新風系統普遍具備高熱回收率的特點。

1.2 功能特點

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

1.3 運行特點

被動式建筑相較于常規建筑的整體優勢在于確保能耗大幅度降低的同時，顯著增強建筑內部空間的舒適度。為了塑造該優勢，被動式建筑的內部空間，需全年處于舒適狀態，并達到35%～65%的環境濕度條件、小于1000ppm 的二氧化濃度條件、臥室與客廳中的噪聲≤30dB（A）等，而新風系統作為被動式建筑保證內部環境達到上述條件的重要輔助設施，設計者需要確保新風系統在運行過程中，呈現出噪音小、濕度調控能力強、二氧化濃度調節效果好的特點，以有效落實新風系統的建設能效。在此過程中，為了深入優化建筑內部空間的舒適度，新風系統還需要具有自動認知室內溫濕度、二氧化碳濃度條件的能力，并能根據上述條件，自動運行各項功能，以保證室內環境調節效果，因此，新風系統在運行上應具備自動化、低噪音、環境調控高效的特點。

1.4 能耗特點

在能耗方面，為了塑造出被動式建筑的低能耗優勢，新風系統需要具備高效的能耗利用率，以實現保證室內舒適度的同時，減少運行能耗。在此過程中，設計者需根據實際情況，設計新風系統的風量、熱回收效率等性能，以避免能耗的浪費。但對于高寒地區，由于該區域的采暖能耗在新風系統總能耗中占據著較大的比例，因此，該地區被動式建筑的新風系統低能耗特點主要體現在制熱方面。在該方面，設計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，使系統在制熱能耗方面呈現出突出的優勢。此外，鑒于集中供暖的能耗量較大，利用率難以控制，所以在系統能耗特點的設計上，設計者通常會提高新風系統在制熱方面的主觀能動性，使建筑在不參與集中供暖的情況下，也能借助被動式手段，以及新風系統的輔助，達到足夠的舒適度水平，因此，從整體上來看，新風系統具備利用高效、可控的能耗特點。

2 高寒地區被動式低能耗居住建筑新風系統的設計

2.1 室內新風量設計

在新風系統的設計中，室內新風量設計作為其中的一項重要環節，設計者應當按照現行的國家規范標準，結合高寒地區的實際環境，進行室內新風量的設計，以保證新風系統能夠滿足被動式低能耗建筑的性能要求。在此過程中，根據國家規范，最小新風量需要按照換氣次數來確定，同時，國家也為不同的建筑內部空間人均占有量情況，制定了相應的換氣次數標準，即人均居住面積在10m2及以下時，換氣次數應為0.7 次/h，人均居住面積在10 ～20m2時，換氣次數應為0.6 次/h，人均居住面積在20 ～50m2時，換氣次數應為0.5 次/h，人均居住面積在50m2以上時，換氣次數應為0.45 次/h。但此后，住建部出臺的相關文件，要求最小新風量則按30m3/h 計算，以確保新風量與排風量平衡。為此，有研究者分別按照上述兩種新風量的設計方案，計算了戶型面積98 ～230m2的住宅新風量，并發現，對于100m2以下的戶型，兩種計算方法得出的最小新風量一致，而100m2以上的戶型，需要按照換氣次數法計算，才能滿足兩種規范對最小新風量的要求，因此，設計者需要采用換氣次數法，來設計新風系統的室內新風量。

2.2 排風熱回收率設計

在新風系統的設計中，排風熱回收率包含三部分內容，即溫度效率、濕度效率、焓效率，其中，在溫度效率的調節中，設計者主要應用裝置為顯熱性排風回收裝置，該裝置具備成本低的優勢，但只負責回收顯熱，沒有濕回收功能。而在濕度效率、焓效率的調節中，常用的裝置為全熱性排風熱回收裝置，該裝置能夠同時對潛熱、顯熱進行熱回收，且具備濕回收的功能，可以有效應對高寒地區的干燥環境，但成本較高。基于此，曾有研究者對兩種排風熱回收裝置進行了使用測試，其測試環境為我國高寒地區，該地區全年有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熱回收裝置與顯熱性排風回收裝置來構建新風系統，待一段時間后，研究者發現顯熱交換會使室內濕度降低，而全熱交換則能夠保證室內濕度環境的穩定、良好，因此，在條件允許的情況下，設計者采用全熱交換裝置為宜，但如果只能采用顯熱交換，那么就需適當采取加濕措施，以新風系統的濕度調控能力。此外，設計者還要注意，應根據現行的規定標準，將全熱效率設置在70%以上，顯熱效率設置在75%以上，以保證設計的規范性。

2.3 輔助冷熱源設計

就目前來看，我國高寒地區的夏季平均溫度在28 攝氏度左右，雖然夜間濕度較高，但環境溫度一般都在20℃以上，所以，即便新風系統具有輔助制冷功能，依然無法滿足室內環境調控需求，因此，設計者還要在新風系統中設置輔助制冷源，以保證新風系統的效用。目前，運行效果最好的新風系統冷源為空調，所以，在高寒地區的被動式建筑新風系統中，依然需要設計一個主動制冷的空調結構，以確保建筑內部空間的舒適度。在制熱方面，鑒于被動式建筑的低能耗要求，設計者不宜采用集中供暖作為新風系統的輔助熱源，而是應該采用太陽能、空氣源熱泵等設施，來構建輔助熱源，但出于對成本、建設難度、制熱穩定性等方面的考慮，設計者應當盡量采用空氣源熱泵作為新風系統的輔助熱源，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組、中型機組、大型機組等類型，設計者應根據建筑面積、區域特征等方面的實際情況，合理設計空氣源熱泵的設施規模，增強新風系統整體設計效果，提升被動式建筑室內環境的舒適度水平。

3 結語

綜上所述，增強被動式建筑配套新風系統的設計效果，有助于被動式建筑領域的發展。在新風系統建設中，通過歸納被動式建筑新風系統的特征，并采取相應的設計措施，可以有效提升新風系統在被動式建筑內部空間中的調節作用，增強新風系統設計工作的效果。