基于某被动房的暖通设计

0  引言

随着建筑能耗问题越来越突出，被动房逐渐被各国所重视。在德国，被动房的建筑成本仅比传统房屋高出5%～7%，其采用精巧的中央通风系统，温暖空气排出去的同时，将清洁的冷空气引进来，热交换效率可达75%～90%。

被动房性能的关键在于巧妙设计的新风系统，若通过开窗通风达到这一效果，则会造成热量大量损失，损失的热量甚至比一栋被动房所需的全部能量还多。在多数气候条件下，被动房也需要一定供暖，但供暖需求很小，利用新风系统就能满足需求。通过加热盘管预热新鲜空气的方式，足以满足剩余供暖需求，即被动房新风空调供暖的理念。

本文主要对济南市某被动房进行了暖通设计，对设计参数，冷热源的选择及气流组织进行分析阐述，希望通过此项目的系统分析，能为今后同类项目的设计提供参考。

1  系统设计

1.1  设计参数

本工程设计按照典型气象年（TMY）8760h 选择气象参数，采用非稳态传热法进行全年8760h能耗模拟计算，作为选择冷热源设备容量，确定管道规格及末端设备的基本依据。表1为济南典型气象年8760h气象参数，表2为本设计采用的室内设计参数，表3为采用BEED能耗模拟软件计算的空调冷热负荷及能耗指标。

表1 典型气象年8760h气象参数（济南）

     

表2 室内设计参数

     

注：有淋浴器的卫生间由电气专业预留浴霸插座，淋浴时由浴霸将卫生间内温度升至25℃。

表3 空调冷热负荷及能耗指标

     

1.2  空调冷热源

住宅采用户式热泵新风热回收机组，夏季制冷，冬季供热。室外机设于室外机平台，落地安装，室内机设于生活阳台，吊装。其中，风机为变频风机，送风量为900m ³ /h，循环风量为600m ³ / h，新风量为300m ³ /h，排风量为300m ³ /h，送风侧机外余压为100Pa，排风侧机外余压为50Pa，循环风机输入功率为362W，排风机输入功率为60W，全热回收效率≥75%。热泵的制冷/制热量为5.0/5.5kW，制冷/制热输入功率为1.75/1.726 kW。PM2.5效率＞90%，机组重量（内机/外机）为95/34 kg。

选择的空调室外机组节能高效，额定制冷工况和规定条件下机组的性能系数（COP）为3.04，额定制热工况和规定条件下机组的性能系数（COP）为 3.16，高于《居住建筑节能设计标准》中的规定值。

该机组集新风、净化、制冷、除湿、制热功能于一体。运行原理如下：本机组的空气循环系统由三股空气流组成，即室外新鲜气流，室内污浊气流和室内循环气流。1）室外新鲜气流：室外新鲜空气（即新风）从室外依次经过新风风阀、新风过滤器、全热能量交换器（ERV）、翅片换热器，然后由循环送风机正压经过PM2.5过滤器后送入室内。2）室内污浊气流：室内污浊空气（来自卫生间）依次经过污浊空气过滤器、全热能量交换器（ERV），然后由排风机送至室外。3）室 内循环气流：室内洁净回风（来自卧室和客厅）依次经过回风过滤器、翅片换热器，然后由循环送风机正压经过PM2.5过滤器后送入室内。

新风热回收机组具备以下几种运行模式：新风模式、净化模式、制冷（热）模式、制冷（热）+新风模式、除湿模式、自动模式。

新风热回收机组的全热回收效率Rh≥75%。机组过滤器设置：机组的送风口设置中效Ⅰ型过滤器，新风口及回风口设置粗效Ⅰ型过滤器。

在满足卫生、补偿排风、稀释有害气体、保持正压等要求的前提下，合理补给新风，并充分利用过渡季室外空气的自然冷却能力，实现过渡季全空气系统全新风运行。空调风系统设置排风热回收装置，有效利用排风中的冷量和热量，该回收装置的全热回收效率Rh≥75%。

每户主卧室和客厅设置二氧化碳浓度探测器，自动控制机组供应新风值。客厅设置温度自动调节控制器，根据回风口温度自动控制室内温度值。新风热回收机组具有自动提醒更换滤芯功能，避免风机在高阻力下运行，提高运行经济性。

1.3  风系统布置

新风气流从起居室和卧室等主要活动区(送风区)流向卫生间和厨房等功能区(排风区)。过道和餐厅作为过流区，通过空气流动间接得到送风和排风，保证所有房间得到充分通风。送风口设置在起居室、卧室等房间中，集中回风口设置在餐厅，每个送新风房间的内门与地面之间预留宽度20mm的缝隙通风。与室外相连的新风管路和排风管路安装电动密闭阀门，并与系统联动。当系统处于关闭状态时，应确保新风和排风管路密闭阀处于关闭状态。起居室作为典型房间，设置温度、PM2.5浓度、CO ₂ 传感器、湿度传感器。主卧设置CO ₂ 传感器，新风热回收机组与室外相连的新风管和排风管路及厨房补风管路安装电动密闭阀门，并与系统联动。住宅平面及风管布置图如图1 所示。

     

户内层高3.15m，考虑到净高因素，本设计利用建筑信息模型（Building Information Modeling）进行复核房间净高，保证房间净高控制在2.6m，故确定风管均穿梁敷设，相关专业进行配合设计。设计图如图 2所示。

     

送风管、回风管采用高效能的保温材料，选择合理的保温厚度，减少能量损失。选择气密性好的空气处理设备和风管连接方式，加强密封处理，减少因漏风而引起的能量损失。

2  气流组织模拟分析

空调房间的气流组织，是指确定合适的送回风口形式、位置、规格、数量和送回风量、风速、温度等参数，使室内工作区空气的温度、湿度、速度和洁净度能更好地满足工艺要求及人们的舒适感要求。良好的气流组织形式，不但有助于人体健康，提高工作效率，而且可降低建筑物的能耗。因此合理的气流组织对创造良好舒适的室内热环境意义重大。

本项目由于未投入使用，无法通过现场实测对房间气流组织进行分析，故项目组通过采用 Fluent airpak软件三维模拟计算夏季通风系统的温度、风速等参数。模拟设置如表4所示：

     

分别在高度 0.1m及1.8m对房间的温度及速度进行模拟，模拟结果如图3、4 所示：

     

从图3、4中可以看出：

1 ）在夏季，每个房间内空气温度比较均匀一致，在高度为1.8m的水平方向，最大温度为28℃，主要是因为在生活阳台没有设置空调送风口，不属于人主要活动区域，别的区域均不高于26℃，完全符合设计要求。在高度为0.1m的水平方向，最大温度为31℃，最高温度也是分布在生活阳台的靠外墙区域，但室内生活区房间均在 26.5℃以下，垂直高度方向上，问空气温度出现轻微的分层现象，由地面开始随高度的增加，温度逐渐降低，主要是因为送风口在上部。最高温度出现在未设空调送风口的生活阳台区域。故整体来讲，在人主要活动区内，即在0.1m（脚踩）到1.8m（站立头部）范围内空气温度的最大温差小于3℃，完全符合国标GB570185《室内空调至适温度》中规定的 t1-to≤3℃的要求。

     

2 ）在高度为 1.8m的水平方向，整个房间最高风速主要集中在卫生间门口区域，主要是由于整个系统的排风集中靠卫生间排风口，空调送风时，除卫生间的其他房间均为正压，卫生间为负压，排风集中在卫生间门缝处，致使风速比别的区域偏大，最高风速为0.4m/s，此风速符合舒适性要求。在高度为 0.1m的水平方向，由于门的底部缝隙的原因，致使房间风速在卫生间及走道区域变化偏大，其余房间内部风速也比较均匀，但最大风速为0.6 m/s，且在人的脚部，对人的舒适性没有造成影响。故整体来讲，在人主要活动区内，风速没有太大波动，符合人的舒适性要求。

3  总结

1 ）被动房源于德国，具有高舒适性、高节能性、高质量等决定优势。高效带热回收的新风系统是达到此目的的关键所在。被动房提倡新风空调采暖的理念，主张利用新风满足室内空气新鲜性和热舒适性，减少或不用采暖设备。

2 ）卫生间排风与空调排风共用，与新风进行热交换，极大降低了能量损失。

3 ）根据所设计的系统进行模拟计算，可得出：在人主要活动区，空气温度的最大温差小于3℃，完全符合国标 GB570185《室内空调至适温度》中规定的t1-to≤3℃的要求。房间内最大风速仅为0.6 m/s，风速没有太大波动，符合人的舒适性要求。故通过模拟计算可知，整个空调系统的设计运行效果达到人的舒适性要求。

本文来源于互联网。