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1 新風系統(tǒng)在被動式建筑中的意義

1.1 新風系統(tǒng)的概念

新風系統(tǒng)是由送風系統(tǒng)及排風系統(tǒng)組成的一套獨立的空氣處理系統(tǒng)。通常來講，完整的新風系統(tǒng)應(yīng)由進風段、過濾段、熱回收段、送風段、回風段、排風段及末端的一整套管道系統(tǒng)組成（見圖1）。

新風系統(tǒng)的工作原理：室外含氧量較高的空氣首先會經(jīng)過新風系統(tǒng)的過濾段，同時室內(nèi)冷量或熱量較高的相對污濁的空氣會通過回風段。室外的空氣和室內(nèi)的空氣會在新風系統(tǒng)的熱交換芯中進行能量交換。比如在夏季，室內(nèi)回風中的冷量在通過熱交換芯時會傳遞給進風的空氣，以“冷卻”室外高溫的空氣，通過過濾及能量回收后的新鮮空氣會送進室內(nèi)，從而形成循環(huán)。

圖1 新風系統(tǒng)的原理

1.2 新風系統(tǒng)的性能指標

（1）采用顯熱回收的新風系統(tǒng)，換熱芯的顯熱回收效率應(yīng)大于75％。采用全熱回收的新風系統(tǒng)，換熱芯的焓回收效率應(yīng)大于70％，顯熱回收效率應(yīng)大于75％。

圖2 逆流板式換熱芯

一般來說，被動式建筑所要求的高效熱回收效率，通過帶有逆流板式熱交換芯的新風系統(tǒng)才能實現(xiàn)。逆流板式換熱芯擁有如此高的換熱效率，得益于它更大的空氣接觸面積、更大的傳熱面積以及更合理巧妙的內(nèi)部氣流組織形式?？諝庖暂^低的風速通過逆流板式換熱芯截面積也是實現(xiàn)高效率的關(guān)鍵所在，通常比較經(jīng)濟的運行風速范圍在1m/s ～ 2.5m/s，這樣可以獲得良好的經(jīng)濟運行效果（見圖2）。

選擇全熱換熱芯設(shè)備時，必須考慮室內(nèi)外溫濕度的參數(shù)。當室內(nèi)空氣的相對濕度較大或室外溫度較低時，有可能會出現(xiàn)冷凝水，設(shè)計時必須查看焓濕圖仔細校核。

選用何種形式的換熱芯應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的氣候特點來決定。通常來講，對于夏季室外濕度大、室內(nèi)外焓差較大的區(qū)域，比如長江流域和華南區(qū)域有著顯著的夏熱冬冷或夏熱冬暖的氣候特征，選擇全熱回收的新風設(shè)備一般會有較好的節(jié)能效果，同時也應(yīng)考慮全熱換熱芯的經(jīng)濟型。通常市面上的全熱換熱芯大多為紙質(zhì)材質(zhì)，使用一段時間后必定會有發(fā)霉的情況，由于紙質(zhì)全熱換熱芯的不可清洗性，本質(zhì)上它和過濾裝置一樣屬于耗材，開發(fā)商應(yīng)考慮后期的維護成本。盡管市面上已經(jīng)有了可以水洗的全熱換熱芯，比如高分子鍍膜的全熱換熱芯，但是造價相對較高，且對于大風量的汊流板式全熱換熱芯設(shè)備而言，能否達到被動式建筑的換熱效率標準還值得考究。針對這個問題，比較好的解決措施是采用全熱高分子鍍膜的轉(zhuǎn)輪換熱芯，但是由于技術(shù)難度上的障礙，國內(nèi)很少有廠家可以提供此類換熱芯。使用全熱轉(zhuǎn)輪換熱芯面臨的另一個問題就是，必須要求設(shè)備內(nèi)部的漏風率極低。極低的漏風率、優(yōu)秀的設(shè)備保溫及設(shè)備冷熱橋的優(yōu)秀處理等才可以保證高效的換熱效率，這是相輔相成的。

而對于嚴寒和寒冷地區(qū)，全熱換熱芯和顯熱換熱芯所能帶來的節(jié)能效果差異并不大，并且顯熱回收裝置的造價更低、后期免維護。但是需要考慮的重要問題是要防止換熱芯發(fā)生結(jié)凍，在寒冷地區(qū)這是會大概率存在的問題。因此，新風設(shè)備加入防凍保護是必要的[1]。

（2）新風機組必須按照實際計算出來的壓力損失來計算其單位能耗。必須指出的是，單位能耗的計算是以新風量或者回風量為基礎(chǔ)的，而不是以兩個體積流量的總和為基準的。針對小型戶式居住單元帶熱回收的新風系統(tǒng)，單位風量風機能耗應(yīng)小于0.45Wh/m3，計算方法如下：

對于公共建筑而言，單位風量能耗應(yīng)滿足現(xiàn)行公共建筑節(jié)能設(shè)計標準的相關(guān)要求。對于新風量大于10000m3/h 的新風系統(tǒng)，單位風量能耗WS 不宜大于表1 的數(shù)值。單位風量能耗應(yīng)按下式計算：

表1 單位風量能耗WS（Wh/m3）

（3）設(shè)備的內(nèi)外部漏風率應(yīng)小于3％。

（4）冬季室內(nèi)出風口溫度不低于16℃。

（5） 新風系統(tǒng)的空氣凈化裝置對大于或等于0.5μm 細顆粒物的一次通過計數(shù)效率高于80％，且不低于60％。通常在進風側(cè)設(shè)置的過濾網(wǎng)效率應(yīng)不低于F7 標準的過濾級別，回風側(cè)應(yīng)設(shè)置的過濾網(wǎng)效率應(yīng)不低于G4 的過濾級別。

（6）設(shè)備的保溫性能要高于5W/K。

（7）設(shè)備宜加入旁通功能。在炎熱的夏季傍晚，通常室外比室內(nèi)更加涼爽，如果此時我們繼續(xù)將室內(nèi)外空氣進行熱交換，就會導致負換熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，不能降低建筑的能耗，結(jié)果適得其反。

通過在設(shè)備內(nèi)加入旁通功能，就可以避免這個問題。在夏季工況下，當系統(tǒng)檢測到室外的空氣焓值低于室內(nèi)設(shè)計工況；或在冬季工況下，室外空氣焓值高于室內(nèi)設(shè)計工況時，系統(tǒng)便啟動旁通功能，使得新風和回風不在熱交換芯中進行能量交換。當然，也可以通過新風設(shè)備聯(lián)動外窗開啟進行自然通風。

（8）防凍保護功能。當室外溫度低于-4℃時，換熱芯就有結(jié)霜結(jié)凍的風險，廠家就要考慮在新風設(shè)備中增加防凍保護功能。一個解決方案是在進風口增設(shè)預(yù)熱段，始終保證未經(jīng)換熱芯前的空氣溫度保持在較高值，通常設(shè)置為0℃ ~3℃，這是一個簡單經(jīng)濟的方式，預(yù)熱段應(yīng)設(shè)置為無檔或者至少兩檔可調(diào)。但在實際情況中，調(diào)節(jié)往往會出現(xiàn)意想不到的問題，進而引起持續(xù)的電能消耗。所以通常應(yīng)該把預(yù)熱啟動閾值精確調(diào)節(jié)在-4℃。

如果預(yù)熱段的運行狀態(tài)非常精準，那么其實預(yù)熱段的能耗會非常低，因為它們一年中沒有幾天工作。所以選擇價格低、免維護的電加熱盤管比較合適。水加熱盤管需要采用水和乙醇混合液作為熱媒，并需要獨立的循環(huán)系統(tǒng)。在多住戶系統(tǒng)上使用比較經(jīng)濟合理。

另一個解決方案是在排風側(cè)增設(shè)溫度傳感器，當排風溫度低于一定值時，設(shè)備主動把送風風機關(guān)閉，此時可通過回風的熱量加熱換熱芯，以防止換熱芯結(jié)凍，但代價就是此時無法繼續(xù)向室內(nèi)供應(yīng)新風。

（9）當量空間吸聲面積為4 ㎡時，設(shè)備間噪聲＜ 35dB (A)；居室噪聲＜ 30dB (A)。

1.3 新風系統(tǒng)的功能

（1）得益于被動式建筑高效的氣密性，在有效阻隔室外污染的前提下，新風系統(tǒng)可提高室內(nèi)的含氧量。

（2）新風系統(tǒng)中高效的過濾裝置，可將室外細顆粒物、PM2.5 等污染物阻隔在室外，持續(xù)向室內(nèi)提供新鮮的空氣。

（3）新風系統(tǒng)中高效率的熱回收裝置，可有效保存室內(nèi)排出的冷量或熱量，使得送進室內(nèi)的風不會過冷或過熱。同時，我們可以計算出高效率的熱回收裝置對空調(diào)室內(nèi)負荷有顯著的降低。

（4）新風系統(tǒng)擁有濕度回收的熱交換裝置，可將高濕度的空氣處理到一定程度，告別室內(nèi)潮濕、衣服發(fā)霉等問題。

（5）高效隔音的外墻及門窗，使得新風系統(tǒng)廠家不得不在噪聲處理上下足功夫。用戶即使在夜間也絲毫聽不到任何噪聲。

2 新風系統(tǒng)的設(shè)計理念

2.1 風量計算

通常，我們可以根據(jù)人均法和換氣次數(shù)法兩種方式計算建筑所需的新風量。通過這兩種計算方法，我們選取較大的值作為最終的選擇。

（1）人均法

通常在居住建筑內(nèi)，我們選擇每人30m3/h 作為計算值，通過房間內(nèi)的常住人數(shù)確定新風量。而對于其他形式的建筑類型，應(yīng)根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》及其他相關(guān)標準內(nèi)的規(guī)定計算[3]。

（2）換氣次數(shù)法

被動式建筑不同于常規(guī)的建筑，得益于建筑本身高效的氣密性，我們采用換氣次數(shù)計算室內(nèi)新風量時，通常比常規(guī)的新風系統(tǒng)需求量小很多。根據(jù)相關(guān)標準，我們通常按照0.3~0.45 次的換氣次數(shù)進行計算。

2.2 風口的選擇與布置

在被動式建筑中，通常我們只在人群長期居留的地方設(shè)置送風口，比如客廳、臥室、起居室等?；仫L口一般設(shè)置在較為污濁的區(qū)域，比如廚房、餐廳等。我們稱之為分區(qū)布局，送風區(qū)域、過渡區(qū)域、回風區(qū)域的布置合理性尤為重要。

而在風口形式選擇上，通常采用側(cè)送旋流式或遠程噴嘴式（見圖3、圖4）。這兩種形式的風口都可以將空氣分散至足夠遠的位置，可明顯減少新風系統(tǒng)所需要的管道長度。通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，旋流風口能分流至3m左右的進深，而遠程噴嘴式風口可達5m左右的進深。

在冬季運行條件下，新鮮空氣迅速貼著天花板散播至整個房間后均勻沉降，廚房轉(zhuǎn)彎的角落即使沒有安置排風口也能達到；夏季時，較冷的空氣迅速與室內(nèi)空氣混合并蔓延至整個層高[4]。

圖3 旋流風口

圖4 遠程噴嘴風口

2.3 自動化控制

通過室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化，采用自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速的控制方式是個不錯的節(jié)能措施。比較好的一種處理方式是通過在每個房間支管增設(shè)風閥及環(huán)境監(jiān)控器，通過環(huán)境監(jiān)控器與風閥的連鎖，通過環(huán)境參數(shù)的改變，來調(diào)整風閥的開啟角度。

比如我們要求室內(nèi)的二氧化碳濃度小于1000ppm，當環(huán)境監(jiān)控器檢測到室內(nèi)的二氧化碳濃度小于1000ppm時，系統(tǒng)主動把支管風閥開啟度降低，當然這并不是全部關(guān)閉，一般我們會始終保持15％ ~30％的開啟度。當然調(diào)節(jié)風閥的開啟度并不是僅僅通過一個參數(shù)，包括但不限于溫濕度、二氧化碳濃度、PM2.5 濃度等。

我們知道可以通過室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制支管的風閥開啟度，進而通過所有風閥的開啟度控制風機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能的目的。這通過定靜壓、變靜壓或者總風量PID調(diào)節(jié)等方式都可以實現(xiàn)。

從系統(tǒng)對環(huán)境變化的適應(yīng)上講，總風量控制方式調(diào)節(jié)迅速，對房間負荷擾動反應(yīng)快，同時短時間內(nèi)溫度偏差也相對較大；變靜壓控制在調(diào)節(jié)過程中時間長且有壓力波動，結(jié)合上機組的控制后容易出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩；穩(wěn)定后，各個控制法下的系統(tǒng)壓力、風機轉(zhuǎn)速和過渡過程曲線一致。從節(jié)能角度上看，變靜壓控制下轉(zhuǎn)速、壓力均最小，因而也最節(jié)能，其次是總風量控制，最不利于節(jié)能的顯然是定靜壓控制。具體到某一程度上，每一種控制方法都各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、預(yù)算、對節(jié)能的要求以及投資回收期等多個方面綜合比較后做出最后的選擇[5]。

2.4 廚房補風

補風系統(tǒng)應(yīng)從室外直接引入，補風管道需要做至少2cm 的保溫，并在入口處設(shè)保溫密閉電動風閥，且應(yīng)與排油煙機聯(lián)動。

3 新風系統(tǒng)的施工理念

3.1 管道保溫

當管道穿過建筑低溫區(qū)域時，必須對其保溫。建筑物隔熱外表之內(nèi)的送風、排風低溫管道同樣必須進行完善的保溫。需要通過反復的計算校核巨大熱損耗對建筑物熱能耗的損害。比較好的解決措施是盡可能地減少設(shè)備和室外管道的長度。

對于沒有設(shè)置為采暖的區(qū)域，比如垃圾房、地下車庫的前室、地下車庫等，管道絕不可以連接新風系統(tǒng)并且不能隨意穿越建筑物的“隔熱外表”。如果不可避免地穿過“隔熱外表”，則此風管必須具有特別好的保溫性能。

按照經(jīng)驗，風管應(yīng)設(shè)置至少2cm 的保溫層。不設(shè)置保溫會導致風管內(nèi)的冷量或熱量流失到穿過的區(qū)域，導致冷量或熱量不能完全送至目標位置。送風口之前損失的冷量或熱量將導致房間得不到足夠的冷量或熱量，使整體的體驗不佳。

管道的保溫層須盡量使用無熱橋保溫管卡固定。如果使用了不帶保溫的管卡，則需要每隔1m 額外附加1 ～ 3cm 的保溫，以平衡由未保溫的管卡引起的熱損失。

3.2 設(shè)備的安裝

根據(jù)經(jīng)驗，設(shè)備如果安裝在建筑保溫之外，是無法達到合格的熱回收效率等級的。新風設(shè)備不可控的室外管道接縫，再加上其導致的與室外較冷空氣，使得外置的新風設(shè)備熱回收率大大降低。鑒于目前條件，設(shè)備僅能安裝在建筑保溫之內(nèi)。

必須要考慮的另一個要點是凝結(jié)水排放，產(chǎn)生的凝結(jié)水能否順暢地排出也是設(shè)備安裝的關(guān)鍵所在。在大風量機組中，排水槽一定要通過水封接入建筑的排水系統(tǒng)。

另外，為了防止固體傳聲，通常需要做必須的隔音處理。比如可以利用柔性連接或消音管與設(shè)備出風口連接?？紤]到壓降、噪聲及污染，通常我們不建議使用具有伸縮性的消音管連接。

3.3 室外管道安裝

連接到室外的兩根風管（進風管和排風管）應(yīng)設(shè)置不小于0.03°的坡度，坡向室外，以防冷凝水或雨水進入設(shè)備內(nèi)部。這兩根風管室外的一側(cè)必須粘貼防水透氣膜，內(nèi)側(cè)粘貼隔氣膜。

4 結(jié)語

被動式建筑是國家大力發(fā)展的新型建筑形式，以極低的能耗和實惠的成本提供最佳可能的舒適室內(nèi)環(huán)境。被動式建筑旨在降低建筑能耗、降低能源消耗，為可持續(xù)發(fā)展，為人類構(gòu)建藍天白云奠定基礎(chǔ)，對詮釋人類命運共同體有深刻意義。新風系統(tǒng)是被動式建筑中必不可少的組成部分，行業(yè)的發(fā)展離不開各界的支持，新風系統(tǒng)只有融入到客戶群體中，才能實現(xiàn)良性發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。新風企業(yè)只有站在客戶的角度開發(fā)產(chǎn)品，主動融入建筑的大潮中去，才能在行業(yè)發(fā)展中立足。