1 被動房的特點
被動房起源于德國,其特點是超低能耗、健康舒適。如何來實現(xiàn)超低能耗?
◆ 加厚保溫,通常不低于200mm
傳熱系數(shù)≤0.15W/ (m2·K)
熱負荷≤10W/m2(居住面積)
年采暖能耗≤15kWh/ (m2·a)(居住面積)
◆ 斷橋窗框和三層真空玻璃,換熱系數(shù)K≤0.8W/ (m2·K)
◆ 加強密封,提高氣密性,要求在50Pa負壓時建筑屋的換氣系數(shù)n50≤0.61/h
2 被動房通風的必要性
通俗一點講,被動房的外圍護結構把整個建筑物做成了一個高度密封的保溫瓶,如果沒有可控的通風人將無法生活。
給居室提供新鮮空氣,有效排除室內的污濁空氣及有害氣體成了被動屋的關鍵因素之一?？煽赝L是被動屋的必備。
如果沒有通風:
◆ 缺氧,污濁空氣排不出去
◆ 房間內的濕度
室內空氣含濕量平衡:
Ab———排風帶出的水量
Zu———送風帶入的水量
Raum———室內增加的水量
如果新風Zu和排風Ab均為零,室內的含濕量(濕度)將越來越大。
圖1
圖2
◆ 滋生霉菌:室內通風不足,濕氣無法及時排出,就會滋生霉菌。德國費勞恩赫弗建筑物理研究所艾爾霍恩(FraunhoferInstitutfuerBauphysik)得出結論:
如果空氣相對濕度長時間高于80%,建筑材料表面會滋生霉菌;
一天內相對濕度高于80%的時間不超過3小時,問題不大;
一天內相對濕度高于80%的時間超過6小時,滋生霉菌的風險很大。
根據(jù)室內外濕度平衡,艾爾霍恩先生計算出房屋新風換氣最低次數(shù),室內溫度越低要求的最小換氣次數(shù)越高:被動屋的每小時新風換氣量不能低于以上次數(shù),同時滿足30m3/ (h·人)
圖3
3 被動房對通風設備的要求
可控通風是指通過機械方式把室外的新鮮空氣送到室內,再將室內的污濁空氣排向室外,保證室內24小時空氣新鮮。
國標規(guī)定:住宅和辦公環(huán)境下新風量≥30m3/ (h·人)
建議換氣系數(shù):居住0.51/h；辦公1.01/h
由于被動屋的總能耗很低,新風負荷在采暖和制冷時占的比例較高,不宜簡單參考常規(guī)的做法確定新風換氣系數(shù)。特別是寒冷天氣更需要控制新風換氣系數(shù),原則上只需保證每人30m3/h的新風量。
為了降低通風的能耗,被動屋的通風設備必須對排風側的熱量進行回收,并保證熱回收效率不低于75%。
德國被動屋研究所對家用通風及設備做了明確的規(guī)定。
通用要求:
顯熱回收率(采暖,風量平衡,室外溫度-15~10℃,室內20℃):ηh≥75%
全熱回收效率:ηe≥60% (建議)
防凍時新風不能間斷,室外溫度低于-3℃啟動防凍功能(新風預熱)
新風和污風之間的風量的差異<10%
新風機的泄漏率:內部及外部≦3% (壓差100Pa)
漏風系數(shù)(換氣系數(shù))n50≤0.61/h
新風量:
新風換氣系數(shù)
正常:0.51/h
極冷天氣:(<-15°)0.21/h
最低新風量:30m3/h/人
新風出風溫度:≥16.5℃ (室外-10℃室內21℃,新風加預熱,如圖4所示。)
新風耗電:≤0.45W/ (m3/h),扣除高效濾網和表冷器的影響
圖4
◆ 分戶獨立新風機(風量小于600m3/h):
新風機風量使用范圍:
最大運行風量Vmax為風機最高速運行,背壓為169Pa時測得的風量值/1.3
最小運行風量Vmin為風機最低速,背壓為49Pa時測得的風量值/0.7
標稱風量(新風)V= (Vmax+Vmin)/2
新風機的使用范圍是Vmin和Vmax之間。
待機能耗≤1W
新風控制:
至少三速控制(70%~80%,100%,130%)
噪聲:
新風機設備間≤35dB (A)
居室≤25dB (A)
其他功能房≤30dB (A)
設備包括熱交換器,必須便于檢查和清洗,過濾網更換不應超過一年。要求濾網更換用戶自己可以完成。
圖5
◆ 中央通風設備(風量大于600m3/h):
在保證單位新風量耗功率≤0.45W/ (m3/h)和如下背壓下測定的新風量為新風機的使用范圍(表1)。
表1
鑒于住宅風道要比其他建筑屋短,所以要求的背壓也低。以上背壓對應的新風機只包括外殼、熱交換器和風機。其他部件的壓降應該扣除,過濾網允許最多扣除50Pa。
考慮到新風機的調節(jié)范圍、重量、外形尺寸等因素,單臺新風機的風量不宜大幅超過10000m3/h。
4 被動房的新風設備(通風)
根據(jù)采暖制冷的形式(主要是制冷)的要求,有集中式和分戶獨立新風設備兩種。
表2
說明:
(1)如果選用板式全熱交換器應選擇可以水洗的材料如康舒膜做熱交換器。
(2)冬冷地區(qū)(冬季溫度低于-5℃)的新風機,不管是采用集中還是分戶獨立的形式,在新風入口處需要有防凍保護-預熱。集中新風機可以選擇電加熱或防凍液熱水加熱。分戶獨立新風機可以通過電加熱或混風來提高新風的入口溫度。為了避免能耗過高,對高寒地區(qū)(溫度<-20℃),應降低新風的換氣系數(shù),保證每人30m3/h即可。
(3)常規(guī)空調的做法是對除濕后的低溫空氣進行再加熱,以免冷風直吹帶來的弊病(不舒適、易感冒)。被動屋的新風量約為常規(guī)空調的10%,出風口的風速很低,新風流出后很快就會和周邊熱空氣混合在一起,不用再考慮新風加再熱段。如果出于某種考慮,出風口風速較高(>2m/s),可以改變出風口的方向,避免對人體直吹。
如果新風不承擔制冷任務,可以通過增加一個熱回收段對低溫新風進行再熱。盡量避免用輔助能源加熱新風。
4.1 轉輪式集中新風機
轉輪式全熱回收新風機的特點是全熱回收效率高,全熱回收效率可以通過調節(jié)轉輪速度來控制。其缺點是顯而易見,部分污風會混到新風中,污風中的異味和細菌會跟著混進新風,出現(xiàn)少量的交叉污染。如果成本允許,可以在送風段加殺菌過濾段(如電子除塵凈化殺菌或紫外線殺菌設備)。
◆ 轉輪新風機組
常見的主要組成:新風和排風風機,轉輪全熱回收器(通常用一個全熱轉輪換熱器),除濕盤管,加濕,高效過濾等。
由于轉輪本身的成本特點,風量小于3000m3/h,不宜考慮采用這種熱回收設備。
4.2 板式全熱交換集中新風機
◆ 核心部件:全熱交換器,分逆流型和交叉流型兩種,如圖8所示:
因交叉流型的熱回收效率較低,直接采用達不到被動屋標準的要求,可以采用如下組合方式(準逆流換熱):
逆流型換熱器可以實現(xiàn)高效熱回收,合理選型設計可以達到被動屋標準的要求。
◆ 熱交換器機芯的材料:
常見的顯熱交換器的材料:鋁箔或塑料薄板(夏季濕度高的地區(qū)不適合)
圖8
圖9
常見的全熱交換器的材料:特殊塑料薄膜(康舒膜)或紙(不能水洗)
我國大部分地區(qū)夏季室外空氣的濕度大,都有除濕的要求,顯熱交換器不能滿足節(jié)能要求,必須采用全熱交換器。
紙作為全熱交換器的機芯的優(yōu)勢是濕度交換效率高,但其致命弱點是:透氣率高,很難達到被動屋標準中的漏風率小于3%的要求;另外機芯受潮后容易滋生霉菌;機芯使用時間長了無法水洗,只能換新的,增加了維護成本。
特殊塑料薄膜(康舒膜)是一種理想的全熱交換材料,經過特殊處理后既能進行濕交換,還能抑制細菌的生長,又可以水洗。
圖10
圖11
圖12
圖13
以下為康舒膜熱交換器的傳熱板的外形:
圖14
熱交換器的厚度可以根據(jù)需要的風量確定,因康舒膜屬于新材料,可選用的熱交換器的尺寸比較少。
◆ 板式新風全熱回收機組:
大型機組
圖15
中型機組(吊頂安裝)600/800/1000/1500m3/h:
圖16
含除濕盤管和高效過濾,不含加濕段。
4.3 分戶獨立新風機
分戶獨立新風機是將高效逆流全熱交換器、風機、濾網集成在一起,通常不帶加濕和除濕模塊。適用于只需要提供通風的暖通方案,即另有設備提供采暖、制冷和除濕。
◆ 立式新風機—森德康舒安comfoairQ 系列:
表3
圖17
◆ 吊頂式———新風機(200m3/h),德國進口PaulClimosF200 (適用室內面積130m2)
圖18 應用示意圖
圖19
4.4 戶式新風采暖制冷一體機
戶式新風采暖制冷一體機是解決被動屋住宅的最經濟的選擇。它是一種高效全熱回收新風機和空氣源熱泵的組合。
同時解決:
新風200/300m3/h
逆流全熱交換器
熱回收效率>85%
全熱回收效率>60%
采暖3.8kW/5kW
制冷3.5/4.6kW
變頻風機和熱泵
高效過濾
機外可支配送風余壓>100Pa
適用面積130/180m2
低溫環(huán)境帶新風預熱(選配)
電輔助加熱(選配)
圖20
圖21
5 室內風口的布置
被動屋的新風量較傳統(tǒng)的空調風量低很,所以對新風出風口和回風口布置的位置有要求,需要保證新風能夠覆蓋(擴散)到每個角落。
◆ 簡單法則:送風口布置到房間的最遠端,回風口布置在走道、廚房、衛(wèi)生間。如果房間較大,門縫縫隙不能滿足透氣(平衡排風)的要求,需要在內墻上設透氣槽。
◆ 一體機———康舒家的風管布置(頂送風)
◆ 風管:
要求風阻小,并符合國家環(huán)保和健康要求。PVC因其軟化添加料易分解出有害物質(二噁英),不建議大量使用。
室外部分(主管道)要求風管有10cm 以上的保溫,流速不超過10m/s。
圖22
圖23
室內部分(沒有結露風險的區(qū)域)風管應選用圓形風管,不需要保溫,流速不超過5m/s。可以選擇PE或PP材料的塑料管,外徑90mm,110mm,160mm,200mm。
連接送風口支管:圓形風管,不需要保溫。
◆ 選擇地送風,風管埋地安裝。應選擇柔性雙壁波紋管。地出風時室內的氣流組織更均勻,但管道阻力要略高一些,每10m 高出25Pa左右。
圖24
圓形雙壁波紋管:外壁波紋,內壁光滑,PE材料,外徑75mm,內徑63mm,可彎曲。
橢圓形雙壁波紋管:外壁波紋,內壁光滑,PE 材料,寬138mm,高51mm,可彎曲。
允許風量30m2/h。
選擇頂送風,可以選擇PP90的風管
最大風量60m2/h
◆ 出風口:
出風口有地面出風口或頂出風口。地面出風口的箱體內的風速應不大于0.5m/s。出風口面板的外形可以根據(jù)內裝設計要求設計,面板開孔率不應低于30%。
圖25
也可以使用雙接管出風口及相應的出風口格柵。
◆ 回風口
設計頂部回風時,回風口的風速應控制≤2m/s,選外徑90mm 的風管時每個口的風量≤80m3/h。
圖26
回風口應符合消防的相關要求,如防火阻斷等。
◆ 透氣槽
如果房間門沒有透氣格柵或足夠的透氣槽,應該在墻上合適的位置加透氣裝置(透氣槽)。透氣槽由1個消音箱體和2個面板組成,消音箱體應該具有削減5dB (A)以上的能力。
圖27
總結
新風是被動屋建筑不可缺少的組成部分,新風的任務是給室內提供足夠的氧氣,同時把室內的濕氣、污濁空氣及有害氣體及時排出,創(chuàng)造健康舒適的室內居住或辦公環(huán)境。
新風的能耗占被動屋總能耗的比例較高,所以必須通過高效的全熱交換器做能量回收。
鑒于我國目前的空氣質量總體較差,特別是固體顆粒物含量偏高,新風機還應該帶有(亞)高效的濾網裝置。新風系統(tǒng)是健康舒適節(jié)能的保證!
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