被动房新风设计及应用
被动房来自德国，源于我国传统建筑（如北方的窑洞、四合院，南方徽派建筑等）因地制宜、因势利导的建筑理念。引进和实践被动房理念对于我国有两个现实意义：一是使建筑返璞归真、回归理性，去掉华而不实和对建筑物的过度装饰和异化，实现简朴、实用但又不失建筑美学的传统理念；而更重要的是被动房在最大程度上提升了建筑质量、提高建筑节能技术水平。
本文阐述了被动房的设计理念和高效带热回收新风系统的重要性。针对本院正在设计的被动房项目：文荟园酒店，阐述了其暖通设计方案和新风系统形式，通过冷热负荷计算和新风供暖能力校核，证实了北方地区具有利用被动房新风供暖的可行性，夏季宜采用辅助供冷设备，为推动我国的建筑节能事业开辟了广阔的发展空间。
1、被动房的设计理念
1.1 概念
被动房是通过良好保温，将自然通风、自然采光、太阳能和室内非供暖热源得热等各种被动节能手段与建筑围护结构高效节能技术相结合建造而成的低能耗建筑。巧妙设计、高效节能的热回收新风系统是被动房性能的关键所在。
被动房在显著提高室内环境舒适性的同时，可大幅度减少建筑能耗，最大限度地降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖，在很少能源消耗的条件下，满足采暖和制冷的能源需求。“被动”也不是完全没有能耗，而是指一种智能设计：最小限度地利用复杂系统和不可再生能源来达到节能目标。
1.2 认证指标
被动房的主要技术指标为：
(1) 采暖能源需求≤15 kWh/(m²a)或采暖热负荷≤10 W/m²；
(2) 制冷能源需求≤15 kWh/(m²a)；
(3) 一次能源需求≤ 120 kWh/(m²a)；
(4) 气密性≤ 0.6 /h (50 Pascal)；
(5) 超温概率≤10 %；
(6) 利用PHPP进行计算(被动房设计计算软件)，满足设定要求。
图1 被动房的主要技术参数
被动房的设计要点：（1）卓越的保温性能；（2）保温性能良好的窗框和玻璃；（3）无热桥设计和构造；（4）密闭的围护结构（良好的气密性）；（5）高效热回收或能源回收新风系统。
2、热回收新风系统
被动房性能的关键在于巧妙设计的新风系统。新风系统不仅过滤了空气中过多的湿气和异味，还过滤掉空气中的花粉和粉尘，给室内提供纯净的新鲜空气。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。
2.1 被动房通风原理
被动房通风的基本原理：把厨房、浴室等浑浊的空气抽离（排风），把新鲜空气送入生活区域（送风），而走廊就能实现自动通风。例，新风量标准：30m3/h人，人均居住面积为30m2，就需要1 m3/（m2h）的送风量。为避免温度过高粉尘燃烧产生异味，新风加热的最高温度限制为50℃，对应最大热负荷为10W/m2，新风系统可满足采暖要求。（图2）
图2 新风系统原理
2.2 新风系统功能
高效带热回收的新风系统，其主要功能为：置换室内空气；控制空气湿度、防止发霉；防止污染物的堆积；消除异味等。另外，新风系统还有附加功能：调节室内空气；清洁空气（过滤器），消除PM2.5；加热/制冷；加湿/除湿等。
被动房采用高效带热回收的新风系统，降低了通风系统热损失，提高了新风温度，增加了室内的舒适度。同时，被动通风系统调节了室内的空气湿度（最优范围：相对湿度35%-55%），湿度太高或太低都会对健康造成损害，尤其是对皮肤和呼吸系统。
湿度太高易引起发霉，内表面温度低于12.6℃，容易发霉；内表面温度低于9.6℃，开始产生冷凝。湿度太低则可能对地板或音乐器材造成损害。
3、新风系统的设计
3.1 新风量计算
计算新风量，分别计算（1）人员所需新风量、（2）排风量和（3）满足最小换气次数的送风量，比较三者数据，结合实际工程，综合比较决定最终送风量。
表1 空气量决定空气质量
（1）人员所需新风量
住宅建筑界定被动房的新风质量：20年的验证和测试，新风：每人每小时30m3。根据人数和人均新风量标准计算人员所需新风量。
（2）排风量
被动房机械通风设计中，排风并非在每间单独的房间设置，而是在整个建筑中集中设置排风区，一般排风区包括厨房、卫生间、仓库等，不同排风区有不同的排风量要求，求和即可得总排风量。
（3）满足最小换气次数的送风量
被动房要求换气次数最低值为：0.3，根据换气次数和房间体积，即可得到房间换气率。
综述，计算求得三者送风量，结合工程实际，按照最大值原则和经济值原则即可确定新风送风量。
3.2 新风供暖能力
PX=xmΔt
PX=空气流速×温差×空气热容
m：空气质量，m3/h
Δt：新风最高与最低温差，末端加热器前后新风温差，45-16.5℃
c：空气热容,常量=0.33wh/(m3k)
3.3 新风设计要求
新风机组基本要求：
（1）热回收效率， R≥75%。
（2）通风系统的电力需求，ev≤0.45Wh/m3。
（3）室内主风管风速宜≤3m/s，风口风速宜≤1m/s。
（4）冬季室内送风口出风温度不得低于16℃。
初步设计阶段，建筑师就要和暖通工程师沟通，确定新风量要求和新风机组安装位置，以及新风机组进出风口的位置等。
风机的安装位置很关键，如果可以，放在热围护的内部，尽可能靠近热围护，以便缩短进气和排气管道；最好将杂物间和走廊设在建筑的北侧；紧凑的内部管道应集中布局放置。
室外新风入口要求：易接近（清洁）；必须不受细雪和暴雨的影响；必须距离地面足够高（3米），不要在车库内部，不要在垃圾箱或堆肥附近；排风不要对着任何建筑组件；室外空气入口距离排气至少1.5米，避免污染。
4、工程应用和比较
4.1 建筑概况（表3）
4.2 设计参数
4.2.1室外设计参数（表4）
4.2.2室内设计参数（表5）
4.3 暖通方案比较
4.3.1方案比较（表6～11）
表6
4.3.2新风负荷校核（图3）
注：针对单个房间负荷指标较大，遮阳、照明、灯光等还需深入设计和改进，对全楼而言，整体负荷指标会降低。
空调房间热平衡：G=(hn-ho)=Q
G：送风量，kg/s
Q：冷热负荷，kW
4.4 卫生间通风
被动房设计原卫生间排风竖井取消，空调排风与卫生间排风共用，排风口设于客房卫生间内，与新风热交换，由排风竖井统一排至屋顶。集中排风减少了多个卫生间竖井通至屋面造成的大量冷热桥，热回收极大降低了能量损失。
难点：热回收形式如为全热回收，必须保证卫生间排风不串味，影响室内舒适度。
5、结论
（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。
（2）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。以天津为代表的北方寒冷地区，外窗面积不大的房间新风采暖基本能满足，外窗面积较大的房间则必须采取辅助采暖措施；夏季空调必须设置辅助供冷设备。
（3）加大新风量标准，即便达到冬季采暖和夏季制冷的目的，也会因风量过大，吹风感等使得空气过于干燥，不舒适，通常情况下不建议简单加大新风量标准。
（4）新风冬季送风温度不宜太高，避免灰尘飞扬和焦味等不舒适性，一般不高于50℃；新风夏季温度也不宜太低，避免结露和发霉，一般不低于16℃。
（5）卫生间排风与空调排风共用，与新风进行热交换，由排风竖井统一排至屋顶，极大降低了能量损失。
（6）建造被动房必须精心计算、精细设计、精细施工，认真解决和处理好各种细部节点，实现良好的气密性，制定新的工法，开展施工人员培训，严格确保工程质量。
（7）开展对住户的宣传教育，培养适应被动房的生活习惯，在提高居住舒适度的同时实现节能的目标。