中國建筑設計院有限公司  侯昱晟  劉維  張祎琦  祝秀娟 

       【摘 要】為了探究嚴寒地區被動房在夏季采用全新風模式通風對室內溫度的影響，本文采用數據模擬的方法，以長白山某辦公大廳為研究對象針對白山市夏季7、8月份采用全新風模式下機械通風系統的被動房建筑室內溫度變化情況進行分析研究。模擬結果顯示：7~8月按人員所需最低新風量開啟機械通風被動房內平均溫度均溫度為27.9℃，被動房內最高溫度達到38℃。室內處于最大通風量下的平均溫度與最小通風量下的室內平均溫度差值最大為1.7℃，最高溫度差值最大出現在2號房間為2.21℃，均出現在2號房間。全新風模式下的通風系統，被動房建筑內部的余熱無法得到有效地排除。通過全新風模式進行通風可以較為有效的降低室內平均溫度。內部得熱量小的房間，在室外最高溫度下開啟通風會使室內溫度升高。

       【關鍵詞】被動房 通風 新風 室內溫度 模擬

Abstract：In order to investigate the operation of ventilation system in passive houses during transition season. On the basis of passive house in Changbaishan, the numerical simulation is proposed. Result shows that average temperature from July to August is 27.9 degree, the peak temperature is 38 degree. The maximum temperature difference is 2.21 degree in room 2. The result indicate that ventilation system can lower the average temperature in passive house. The average temperature will rise when outdoor temperature reach the highest in a day. 

0 引言

       “被動房”概念最早由中歐地區國家提出，后來被位處氣候寒冷地區的國家廣泛應用。被動房技術主旨是以被動形式減少建筑物能耗，提高建筑用能效率^[1]。其主要的理念是運用傳熱系數極低的外圍護結構以及采用科學的熱橋做法，使得建筑內部熱負荷大幅度降低^[2]。被動房的氣密性是決定熱負荷是否有效降低的另一個關鍵因素。冬季良好的房屋氣密性，大大降低了室外未處理的冷空氣直接進入建筑物內所增加的熱負荷^[3]。但同時，為了滿足人員所需新風量以及維持房間的一定正壓環境^[4]，由新風所產生的能耗在冬季被動房總能耗中仍占有較大的比例^[5]。因此這就需要被動房項目采用具有高效熱回收的新風換氣設備來降低引入新風所增加的熱負荷^[6]。刨除新風耗能部分，良好的氣密性以及優良的外圍護結構保溫性能使得被動房這類建筑在冬季供暖期間能夠有效的降低建筑所需熱負荷^[7]。

       如表1所示，我國某些地處嚴寒地區的城市，冬季歷年最冷月氣溫雖然能夠達到-20℃以下，但在夏季最熱月14時平均溫度能夠達到26℃以上,冬季與夏季溫度具有明顯的差異。在這樣冬、夏季節劃分明顯的地區，冬季雖具有良好的保溫和氣密性的被動房，但在夏季室內得熱將難以有效的排除。以下是幾個典型城市冬、夏季節室外氣象參數。

表1 東北地區典型城市夏季氣象參數

       本文通過數值模擬方法，對已有被動房工程進行模型的建立與分析，對于夏季被動房建筑能否通過機械通風系統，將室內余熱有效的去除，從而保證人員工作與生活所需正常的室內環境溫度，進行了論述。

1 國內外被動房性能指標

       1.1熱工性能

       目前國際上有關被動房的規范有挪威的NS3700，它是在德國被動房標準基礎上根據本國氣候特點，對應四類地區定義了四種外圍護結構的性能參數。規范中對于建筑窗、墻等維護結構熱工性能限制進行了限定。我國首部地方性標準《被動式低能耗居住建筑節能設計標準》DB13(J)/T177—2015^[8]，對被動房進行了定義，并提出了房屋能耗計算方法等。

表2 不同標準被動房外圍護結構傳熱系數限值

       1.2室內氣密性

       被動房氣密性要求很高，德國技術標準要求室內外差50Pa下門窗縫隙滲透量小于0.6次換氣次數^[4]。國標DB13(J)/T177—2015與德國標準對被動房屋氣密性要求一致。

       1.3空調與通風系統

       為了滿足室內人員衛生要求，房間需要及時補充一定的新風量。按照《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012要求，辦公客房公共場所每人所需新風量限值如下表所示：

表3 不同類型房間新風量

       對于嚴寒地區，被動房供暖期間為了提高被動房圍護結構的氣密性和保溫性能，冬季本來少窗的被動房屋內密不透風，無法有效的進行自然通風，因此為了保證房間空氣品質和人員對于空氣的需要，新風系統必須進行考慮與設計，低溫新風送入室內之前需要進行處理，這個過程的能耗將占房屋總能耗的很大一部分比例。在我國嚴寒地區的夏季，過渡季節以及夏季多數時候室外氣溫能夠滿足人體舒適度要求，被動房通過自然通風即可對室內余熱、余濕進行排除^[9]。但在最熱月份14時室外空氣平均溫度在24℃~27℃之間，通過自然通風無法滿足人體舒適程度要求，需要依靠機械通風排除室內余熱。

2 模型建立

       2.1 建?；A條件

       針對吉林省白山市附近某辦公大廳進行模型的建立。該建筑臨近長白山，地處嚴寒地區，首層南側大堂、商務中心、多功能廳以及辦公室部分區域劃分為被動房區域。本次建模與分析對象為首層被動房建筑部分。

圖1 被動房區域建筑平面圖                                           圖2 模型簡化示意圖                 

       其中模型中大堂東側1~2號會議室臨近過道，3號會議室鄰近倉庫，6號大堂北側相鄰房間為設備儲備間，其他面為外墻。在模型建立時將研究對象房間與相鄰房間設為隔墻邊界條件，而相鄰庫房設置為與室外直接相鄰與實際工程相符。

圖3 模型系統示意圖

       本次模擬氣候參數采用相鄰城市四平市氣象參數作為計算室外條件，不考慮外窗遮陽措施。圍護結構參數設置如下

表4 圍護結構設置參數

 

       圍護結構設置簡化為主要保溫部分和結構部分：350mm厚巖棉保溫+250mm厚鋼筋混凝土。房間之間隔墻設置為相鄰邊界，只考慮對流換熱。外墻邊界與室外空氣考慮對流換熱，墻體同時考慮太陽的輻射得熱，建筑整體北向偏西31°，由角度導致圍護結構的太陽輻射得熱部分已經進行角度修正。

表5 室內得熱項設置

表6 各個房間所需最小換氣次數設置

 

       換氣次數的折算是以原設計，各個房屋設計人數為基礎，根據是幾房間大小來折算出房間內所需通風量的換氣次數。在通風工況時，室內通風溫、濕度與室外一致，室內采取全新風運行，不同房間內均有排風，各房間之間不考慮空氣流動。

圖5 模型工況設置圖                       圖4 外圍護結構設置示意圖
表7 不同工況下通風換氣次數

       本次模擬分析采用TRNSYS 16，對表7內4個不同功能房間不同通風換氣次數下房間內溫度變化進行求解與分析，一共為6個基本工況。表7為模擬不同工況下通風換氣次數設置值，計算時間為當地7月~8月份計算總時長為1488小時，計算時間迭代步長設置為1小時。

3 模擬結果與分析

       3.1 全新風通風模式下各室溫變化

圖6 工況1室內溫度折線圖

       如圖所示，依據在工作期間不同室內人員所需新風量開啟機械通風所得被動房內溫度結果來分析，7~8月間被動房內的平均溫度為27.9℃，室外平均溫度為23.4℃。7月~8月份室內房間平均溫度與室外平均溫度差為4.5℃。室內最高溫度出現在2號房間，溫度為38℃，此時室外最高溫度為33.61℃，出現時間為7月21號下午3時~4時。其余房間每天最熱溫度出現時刻也為下午3時~4時間。這是由于2號房間為20人會議室，人均占有使用面積僅為1.8㎡，且位于建筑內區，室內人員和電器散熱量大，室外氣溫最高時刻未進行降溫處理的新風無法有效對室內余熱進行有效的排除。

       3.2 不同通風換氣次數下室溫變化

       如圖所示，所有房間7月~8月被動房內平均溫度隨著換氣次數的增加而逐漸降低。室內處于最大通風量下的平均溫度與最小通風量下的室內平均溫度差值最大出現在2號房間為1.7℃，3號房間為1.5℃，然而1號房間與4號房間，各自房間內最小與最大通風量下的室內平均溫度差值僅為0.9℃與0.6℃。

圖7 通風系統不同換氣次數對應室內平均溫度                              圖8 不同通風換氣次數下的房間溫度

       2、3號房間人均占有使用面積分別為1.8和2，電腦臺數分布度為0.6和0.45，而1、4號房間人均占有使用面積分別為4.8和3，電腦臺數分布密度約等于0。通風系統對房屋內平均溫度的降低的效果對于2、3號這種人員密度大，室內電器較多，室內得熱負荷較大的房間較為明顯，對于1、4號房間這樣人員稀疏的房間效果較差。

       3.3 全新風通風模式對室內最高溫度的影響

       如圖8所示，所有房間7月~8月2、3號房間室內平均溫度隨著換氣次數的增加而逐漸降低。但1、4號房間換氣次數的增加并沒有降低室內最高溫度。室內處于最大通風量下的平均溫度與最小通風量下的室內最高溫度差值最大出現在2號房間為2.21℃，3號房間為1.61℃，然而1號房間與4號房間，各自房間內最小與最大通風量下的室內最高溫度差值僅為-0.38℃與-0.24℃，室內溫度反而升高了。

       對于2、3號這種人員密度大，室內電器較多，室內得熱負荷較大的房間全新風模式下的機械通風可明顯的降低室內最高溫度，對于1、4號人員稀疏的房間，在室外溫度最高時打開通風系統，反而升了高房間溫度起到了反作用。

4 結論

       （1）7~8月被動房按人員所需最低新風量開啟機械通風被動房內平均溫度為27.9℃，室外平均溫度為23.4℃。最高溫度達到38℃。全新風模式下的通風系統，無法保證被動房建筑內部的余熱有效排除。

       （2）被動房建筑內對于人員密度大、內部得熱量大的房間，通過全新風模式進行通風可以降低室內平均溫度最高達1.7℃，但對于內得熱小，人員密度低的房間降低室內平均溫度效果不顯著，最低僅為0.6℃。

       （3）被動房建筑內對于人員密度大內部得熱量大的房間，通過全新風模式進行通風降溫效果明顯，但對于內得熱小，人員密度低的房間反而使最高溫度有所升高。

       （4）嚴寒地區最熱月仍需考慮設置空氣調節系統對室內溫度進行調控。

參考文獻

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       備注：本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會論文集。版權歸論文作者所有，任何形式轉載請聯系作者。