高寒地区被动式低能耗居住建筑新风系统的特点及设计

刘旭峰

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

被动式低能耗居住建筑是指一种通过将自然通风、采光、太阳能辐射等被动式节能手段，与工程手段相结合而建造出的居住建筑，人们通过根据其特点设计配套的新风系统，能够优化该类型建筑的内部空间舒适度，促进被动式低能耗居住建筑在高寒地区的普及推广。

1 高寒地区被动式低能耗居住建筑新风系统的特点

1.1 热回收效率特点

在高寒地区，被动式低能耗居住建筑的最大优势就是具有较高的气密性能。就目前来看，我国对被动式房屋的在气密性上的规定为，当室内外压差达到50Pa 时，换气频率应在0.6 次/h 以下，也可以表述为n50≤0.6 次/h，同时，有研究者曾对乌鲁木齐、鹤壁等高寒地区的被动低能耗建筑进行了气密测试，结果显示，高寒地区被动式建筑的气密性普遍在n50=4.4 ～20.7 次/h，由此可见，无论是在规定上，还是现实中，被动式低能耗建筑的气密性均较强。基于此，为了消除气密性较强所带来的室内二氧化碳浓度过高问题，满足被动式建筑对室内二氧化碳浓度≤1000ppm 要求，新风系统在运行中需要达到足够的风量，但风量过大，很容易造成内部温度的散失，降低建筑内部空间的舒适度。为此，设计者需要确保新风系统的热回收率在75%以上，以适应被动式建筑建设过程中对内部空间舒适度的要求，因此，在高寒地区，被动式建筑的新风系统普遍具备高热回收率的特点。

1.2 功能特点

被动式建筑的制冷、制热功能源于自然通风、太阳能辐射，以及非供暖热源等被动式节能措施，而这部分措施所形成的制冷、制热负荷较小，如果仅依靠被动式措施，来调节室内温度，很明显难以达到预期的效果，不利于建筑内部舒适度优势的塑造，因此，在功能上，被动式建筑对新风系统提出了主动制冷、制热的要求。此外，就目前来看，由于被动式低能耗建筑尚未普及，市面上现有的制冷、采暖设备，基本上都是匹配常规的建筑需求而制造的，无法满足被动式低能耗建筑的节能要求，因此，与被动式建筑匹配的新风系统就需要具备一定的主动制冷、制热功能，以弥补该类型建筑无法配备专门制冷制热设备而形成的不足。基于此，被动式建筑的新风系统在功能上具备多样性的特点。但在具体的功能要求上，被动式建筑需要将室内温度维持在20 ～26℃，且全年周期内，室内温度超出该范围频率，应在10%以下，因此，新风系统在温度调节上的功能必须具备较强的稳定性与可靠性，由此可见，系统在功能上，还具备高稳定、高可靠性的特点。

1.3 运行特点

被动式建筑相较于常规建筑的整体优势在于确保能耗大幅度降低的同时，显著增强建筑内部空间的舒适度。为了塑造该优势，被动式建筑的内部空间，需全年处于舒适状态，并达到35%～65%的环境湿度条件、小于1000ppm 的二氧化浓度条件、卧室与客厅中的噪声≤30dB（A）等，而新风系统作为被动式建筑保证内部环境达到上述条件的重要辅助设施，设计者需要确保新风系统在运行过程中，呈现出噪音小、湿度调控能力强、二氧化浓度调节效果好的特点，以有效落实新风系统的建设能效。在此过程中，为了深入优化建筑内部空间的舒适度，新风系统还需要具有自动认知室内温湿度、二氧化碳浓度条件的能力，并能根据上述条件，自动运行各项功能，以保证室内环境调节效果，因此，新风系统在运行上应具备自动化、低噪音、环境调控高效的特点。

1.4 能耗特点

在能耗方面，为了塑造出被动式建筑的低能耗优势，新风系统需要具备高效的能耗利用率，以实现保证室内舒适度的同时，减少运行能耗。在此过程中，设计者需根据实际情况，设计新风系统的风量、热回收效率等性能，以避免能耗的浪费。但对于高寒地区，由于该区域的采暖能耗在新风系统总能耗中占据着较大的比例，因此，该地区被动式建筑的新风系统低能耗特点主要体现在制热方面。在该方面，设计者通过合理地选择辅助热源，可以有效提高制热能耗的利用率，使系统在制热能耗方面呈现出突出的优势。此外，鉴于集中供暖的能耗量较大，利用率难以控制，所以在系统能耗特点的设计上，设计者通常会提高新风系统在制热方面的主观能动性，使建筑在不参与集中供暖的情况下，也能借助被动式手段，以及新风系统的辅助，达到足够的舒适度水平，因此，从整体上来看，新风系统具备利用高效、可控的能耗特点。

2 高寒地区被动式低能耗居住建筑新风系统的设计

2.1 室内新风量设计

在新风系统的设计中，室内新风量设计作为其中的一项重要环节，设计者应当按照现行的国家规范标准，结合高寒地区的实际环境，进行室内新风量的设计，以保证新风系统能够满足被动式低能耗建筑的性能要求。在此过程中，根据国家规范，最小新风量需要按照换气次数来确定，同时，国家也为不同的建筑内部空间人均占有量情况，制定了相应的换气次数标准，即人均居住面积在10m2及以下时，换气次数应为0.7 次/h，人均居住面积在10 ～20m2时，换气次数应为0.6 次/h，人均居住面积在20 ～50m2时，换气次数应为0.5 次/h，人均居住面积在50m2以上时，换气次数应为0.45 次/h。但此后，住建部出台的相关文件，要求最小新风量则按30m3/h 计算，以确保新风量与排风量平衡。为此，有研究者分别按照上述两种新风量的设计方案，计算了户型面积98 ～230m2的住宅新风量，并发现，对于100m2以下的户型，两种计算方法得出的最小新风量一致，而100m2以上的户型，需要按照换气次数法计算，才能满足两种规范对最小新风量的要求，因此，设计者需要采用换气次数法，来设计新风系统的室内新风量。

2.2 排风热回收率设计

在新风系统的设计中，排风热回收率包含三部分内容，即温度效率、湿度效率、焓效率，其中，在温度效率的调节中，设计者主要应用装置为显热性排风回收装置，该装置具备成本低的优势，但只负责回收显热，没有湿回收功能。而在湿度效率、焓效率的调节中，常用的装置为全热性排风热回收装置，该装置能够同时对潜热、显热进行热回收，且具备湿回收的功能，可以有效应对高寒地区的干燥环境，但成本较高。基于此，曾有研究者对两种排风热回收装置进行了使用测试，其测试环境为我国高寒地区，该地区全年有90 ～145天处于5℃以下，且冬季寒冷干燥，在测试中，研究者分别采用了全热性排风热回收装置与显热性排风回收装置来构建新风系统，待一段时间后，研究者发现显热交换会使室内湿度降低，而全热交换则能够保证室内湿度环境的稳定、良好，因此，在条件允许的情况下，设计者采用全热交换装置为宜，但如果只能采用显热交换，那么就需适当采取加湿措施，以新风系统的湿度调控能力。此外，设计者还要注意，应根据现行的规定标准，将全热效率设置在70%以上，显热效率设置在75%以上，以保证设计的规范性。

2.3 辅助冷热源设计

就目前来看，我国高寒地区的夏季平均温度在28 摄氏度左右，虽然夜间湿度较高，但环境温度一般都在20℃以上，所以，即便新风系统具有辅助制冷功能，依然无法满足室内环境调控需求，因此，设计者还要在新风系统中设置辅助制冷源，以保证新风系统的效用。目前，运行效果最好的新风系统冷源为空调，所以，在高寒地区的被动式建筑新风系统中，依然需要设计一个主动制冷的空调结构，以确保建筑内部空间的舒适度。在制热方面，鉴于被动式建筑的低能耗要求，设计者不宜采用集中供暖作为新风系统的辅助热源，而是应该采用太阳能、空气源热泵等设施，来构建辅助热源，但出于对成本、建设难度、制热稳定性等方面的考虑，设计者应当尽量采用空气源热泵作为新风系统的辅助热源，以保证辅助制热效果。在此过程中，空气源热泵通常分为户式小型机组、中型机组、大型机组等类型，设计者应根据建筑面积、区域特征等方面的实际情况，合理设计空气源热泵的设施规模，增强新风系统整体设计效果，提升被动式建筑室内环境的舒适度水平。

3 结语

综上所述，增强被动式建筑配套新风系统的设计效果，有助于被动式建筑领域的发展。在新风系统建设中，通过归纳被动式建筑新风系统的特征，并采取相应的设计措施，可以有效提升新风系统在被动式建筑内部空间中的调节作用，增强新风系统设计工作的效果。