跟著菲斯特教授學被動房【七】

《德國被動房基礎(chǔ)理論》課程，共8節(jié)，由德國被動房研究所沃爾夫?qū)し扑固亟淌谥v授，沈陽建筑大學夏曉東講述，柴澤賓翻譯，沈陽建筑大學建筑節(jié)能技術(shù)研究中心錄制。本課程已獲授權(quán)，轉(zhuǎn)載必究。

第七節(jié)   機械通風

課程PPT及講義

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上一節(jié)課我們介紹了通風的必要性，這節(jié)課我們介紹機械通風里面的一些技術(shù)基礎(chǔ)。

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要想解決機械通風問題，首先就需要一個風扇讓空氣產(chǎn)生直接的流動，同時風還需要有進口和出口，然后在風口上安裝風百葉。

如果要達到一個舒適的通風效果，我們需要在送風和排風之間達成一個平衡，涉及以下幾方面的內(nèi)容。第一就是需要一個很好的設計；第二是送風管道的組織；第三是排氣管道的組織；第四是進風口、過渡區(qū)的溢流口、排風口；第五是室內(nèi)空氣質(zhì)量和空氣過濾器；第六是排風的熱回收系統(tǒng)；第七就是設備的降噪。我們這里所說的通風就是單純的機械通風，不包括對新風的加熱或制冷。

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我們之前看過這張圖，由左向右，分別是主要使用空間、過渡空間和次要使用空間，相對應的就是送風區(qū)、過渡區(qū)和排風區(qū)，為了使空氣能夠在三個區(qū)域之間流動，在隔墻或房門上需要設置溢流口，這樣才能使空氣按照設計的方式流動。

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要想組織好通風，首先就要在建筑圖中明確哪些空間是送風區(qū)，哪些空間是排風區(qū)，哪些空間作為過渡區(qū)。我們來看一個建筑的案例，這是一棟兩層建筑的剖面圖，這是一個四口之家。

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我們再來看一下這棟建筑的平面圖，下面是一層平面，上面是二層平面，那么總體的原則就是主要使用空間都應該是送風區(qū)，例如臥室、起居室、客廳等空間，這樣的空間我們用淺綠色標記出來；排風區(qū)一般就是會產(chǎn)生污濁空氣的輔助空間，例如衛(wèi)生間、廚房、儲藏室等，我們用淺紅色標記出來；過渡區(qū)一般就是室內(nèi)的交通空間，也就是過道、樓梯間、過廳等，我們用淺藍色標記出來。

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明確了送風區(qū)、排風區(qū)和過渡區(qū)之后，我們來看一看送風的量，在德國呢使用的是DIN 1946這個標準中的規(guī)定值，也就是每人每小時20-30m3的新風量。當然在中國也有我們自己的標準。

對排風的規(guī)定是，廚房60立方米每小時，浴室40立方米每小時，小衛(wèi)生間或其他的小空間20立方米每小時，當然允許有20%的浮動量。在前面提到的四口之家的案例中，那么所需要的新風量就是120立方米每小時，排風的量之和也在120立方米每小時，這里需要注意的是，新風量和排風量大致是要平衡的，如果案例中變成6口之家，送風量變成了180立方米每小時，相應的排風量也是需要進行調(diào)整與進風量要平衡。

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確定了風量之后，我們需要對機械通風系統(tǒng)進行組織設計，這里是一個被動房建筑的新風系統(tǒng)組織案例，圖中藍色的是排風管路組織，紅色的是送風的管路組織。我們來看一下建筑的平面圖，平面圖中這是一個衛(wèi)生間，衛(wèi)生間的上方是管道井，管道井上方是一個廚房，圖面的右上方房間和下方兩個房間都是主要使用空間，中間是一個過道，那么我們來看一下管道是如何布置的，首先主要使用房間都需要送風，紅色的送風管從管道井內(nèi)的主管道分支出來，從衛(wèi)生間的頂棚水平布置，然后穿過隔墻并向三個主要房間分出送風管，右上角的圖片就是風管布置的照片。

房間內(nèi)風口的位置就在墻壁上，我們可以看一看下面的圖片，不需要向室內(nèi)再延伸，同樣可以滿足要求，這樣可以節(jié)省風管，同時不影響主要房間的天花。排風的組織是在衛(wèi)生間內(nèi)和廚房的墻壁上各設置一個排風口，匯集在一起后進入管道井的主排風管，管道轉(zhuǎn)彎有降噪的功能，因此我們可以看到管道布置都是有彎的。

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送風口的選擇上，最好是貼墻壁的長風嘴兒風口，這種出風口的百葉是向上翹的，可以引導氣流向上，以一個很小的角度吹到天花板上，這樣可以使天花板當成是擴大的風管，下面的剖面圖是風口出風后的氣流軌跡，這樣新風可以貼著天花板送到房間的深處，這個是流體力學里的康達效應。

這個方法非常好，它既可以節(jié)省通風管道的長度，又可以不影響室內(nèi)天花的布置，不需要吊頂，沒有減小房間的凈高，所以是一個非常好的方式。

【P9】

下面我們再來看一個被動房的通風案例，這是早期費斯特教授和另外一位教授的實踐案例，這是一張平面圖，下面的空間是起居室，中間有一部通向二樓的樓梯，樓梯的上面是一個小衛(wèi)生間，最上面是廚房和餐廳，這個建筑起居室和餐廳需要送風，衛(wèi)生間和廚房需要排風。

【P10】

現(xiàn)在我們來看一下放大比例的圖，圖中黑色的是送風管線，綠色的是排風管線，這個設計中管線基本上布置了最短的距離。

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在這個案例中，我們通過煙來測試風口的康達效應，康達效應是流體（水流或氣流）有偏離原本流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時，只要曲率不大，流體就會順著該物體表面流動。

大家可以看到風從風口出來后，向天花板靠近，進入到房間的深處與室內(nèi)空氣混合，這個風口布置得稍微低了一點，是由于風管是在樓梯的下面穿過來的，所以沒有向上布置的空間了，實際上我們建議風口可以再向上一些，效果會更明顯。這就是為什么不需要在室內(nèi)布置的到處都是管線的原因。

所以在通風設計的時候應該具備一些理論知識，這樣可以在工程中節(jié)省很多材料和人工成本。

【P12】

下面我們介紹一下新風送到室內(nèi)之后，是如何溢流到過渡區(qū)的。這是一堵內(nèi)隔墻的剖面圖，棕紅色的部分是門和門口，如果門是敞開的，氣流可以通過門自由地流動到過渡區(qū)，但如果門是關(guān)上的，就需要一個通道使空氣通過，如果室內(nèi)門氣密性也很好的話，就需要在門口處留一些2-3cm寬的縫隙，在里面填上一些隔聲的材料。當然，我們的門縫也可以作為氣流通過的通道。

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下面我們來看一看通風的熱損失，一般情況下，通風的風量我們用V`eq表示，它的單位是立方米每小時，冬季，從室外進來的新風是帶著室外溫度的，也就是說他把低溫空氣帶進了室內(nèi)，從室內(nèi)排出的空氣是室內(nèi)溫度，它是帶有熱量的，這就是空氣中的熱密度，也就是這個ρcp，它的單位是”瓦時每立方米每度”。

熱損失系數(shù)Hv，就等于風量乘以熱密度，消掉單位后，他的單位是瓦每度。這里呢可以認為這個ρcp是個定值，他的值是0.34。那么，通風熱損失的量就是用熱損失系數(shù)乘以溫差乘以時間，得出單位kWh。

我們來看剛才那個四口之家的例子，我們按照冬季的條件，那么通風熱損失就等于空氣中的熱密度0.34乘以新風量120再乘以室內(nèi)外溫差17攝氏度再乘以運行時間5000小時，得出3400kWh，這是沒有熱回收的情況下，由通風帶來的熱損失。

【P14】

前面我們講的風量是通過新風系統(tǒng)機械通風方式的風量，實際室內(nèi)外的換氣量還包括空氣滲透量和開窗的通風量。也就是說雖然我們建筑的氣密性很好，但是還會有空氣滲透進來，而開窗通風更是難以計算風量，因為不確定的因素太多。

如果沒有新風系統(tǒng)，冬季不得不把外窗打開，如果安裝了新風系統(tǒng)，那么冬季也就不需要開窗了。如果新風機組具有熱回收功能，熱回收效率達到80%以上的話，這個通風熱損失就變成了現(xiàn)在的20%，也就是680kWh。由此可見新風系統(tǒng)的熱回收率越高，通風的熱損失就越小，如果熱回收率能夠達到90%，那么通風熱損失就變成了340kWh。

【P15】

下面我們來看一看在一棟多層建筑中新風系統(tǒng)是如何組織的，這是在奧地利因斯布魯克的一棟建筑，他是一棟認證過的被動房，這種風管從機房出來，通過豎向管道井的方式到達各層房間。右下角的圖片就是新風機組，有四個口，一個室內(nèi)的送風口，一個室內(nèi)的排風口，一個室外的進風口，一個室外的排風口，中間六邊形的就是熱回收裝置，上面是它的示意圖。

【P16】

下面我們來放大看一下，它的熱交換原理是把排風中的空氣熱量交換給室外進來新風，被加熱的新風通過送風管線送至室內(nèi)房間，排風把熱量交換給新風之后排出戶外。這兩個方向的氣流是交叉流動的，所以才能進行熱交換，熱交換的通道越長，熱交換率也就越高，同樣造價也就越高。

【P17】

我們來看一下，一個帶有熱回收的新風機組的溫度分布圖，室外低溫的新鮮空氣由下面進到機組內(nèi)的熱交換器中，室內(nèi)的排風帶著高溫的空氣進入到機組的熱交換器中，兩股氣流在熱交換器里面相向而行，進行熱交換，這個溫度分布圖就反映出了空氣的溫度情況，經(jīng)過熱交換的新鮮空氣行進到熱交換器的末端的時候就接近了室內(nèi)排風的溫度，同樣排出的氣流在出口處也接近了室外溫度。這就是這個機組的實景照片，機組左下角進風口處設置有過濾網(wǎng)。

【P18】

這里我們講一下熱回收裝置的效率，被動房要求有高熱回收率的新風系統(tǒng)，這是一張圖表，他的橫軸是用能設備的空氣交換率，它近似相當于1-機組熱交換率η，縱軸是建筑采暖的能量需求，沒有熱回收的新風系統(tǒng)在0.4-0.5左右，它對應的能耗是很高的在40kWh每年每平米，歐洲老式的熱回收機組在0.2-0.35左右，它對應的能耗稍微低了一點，但是這種老式的機組的耗電量要高于熱回收的能量，所以在當時也遭到了很多質(zhì)疑；

新一代的熱回收裝置，他的熱回收效率可以達到75%-95%，而且設備耗電量還非常低，大家知道被動房的能耗值是控制在15kWh每年每平米的，這就要求新風機組的熱回收率是非常高效的。熱回收率越高，建筑采暖能耗需求也就越低。在歐洲高熱回收率的新風機組已經(jīng)是主流產(chǎn)品了，效率比較低的設備是逐漸被淘汰掉的，也比較少。

【P19】

新的新風系統(tǒng)產(chǎn)品通常需要認證，這是被動房標準對新風機組的控制標準，比如對新風舒適度的要求，在-10攝氏度時進入室內(nèi)的溫度應該在16.5攝氏度，熱回收效率要達到75%以上，第三設備自身不能太費電；第四，前面我們提過新風系統(tǒng)是外圍護結(jié)構(gòu)的延伸，那么機組需要保證氣密性和保溫性能，第五，風量的控制應該分檔可控；第六是對機組噪聲的控制，在25-35分貝；第七室內(nèi)空氣質(zhì)量，需要有過濾裝置；第八，當室外溫度很低的時候應該防止結(jié)霜。實際上還有更多的性能款項需要檢測，這里只是一部。

【P20】

這是對新風系統(tǒng)熱回收效率的監(jiān)測，這是前面講到風管布置時，風管打彎進入房間的那棟被動房建筑，他的平均值能夠達到83%。

【P21】

對這棟建筑我們還監(jiān)測了相對濕度，濕度基本可以控制在30%-60%之間。室內(nèi)相對濕度和風量的關(guān)系是是呢么？大家還記得前面講過30立方米每人每小時的標準，如果我們將它增大到50m3，相對濕度將下降到30%以下，如果減小風量到15m3，相對濕度會50%以上。

【P22】

最后我們介紹一下，室內(nèi)空氣品質(zhì)中的粉塵顆粒物等，我們常說的PM2.5就是空氣中的顆粒物，顆粒物對人的健康損害是比較大的，大家知道霧霾天的上呼吸道感染病例急劇增加，就是這方面的影響。所以要求進風的時候需要過濾，過濾的標準是，過濾PM1.0要達到80%以上；排風也是需要過濾的，標準是過濾PM10要達到50%以上。

這里要說一下，氣密性比較差的房子，過濾是沒有太大用處的，因為顆粒物隨著空氣會滲透進室內(nèi)。霧霾天氣，過濾是很有必要的，但是很快過濾網(wǎng)會被過濾下來的顆粒堵死，因此需要不定期更換或清理過濾網(wǎng)。

以上就是我們介紹的一些通風相關(guān)的基礎(chǔ)知識，目的是了解通風的重要性和被動房對通風的要求。

好，這節(jié)課我們就介紹到這里，謝謝！

點擊回看：第一節(jié)   被動房概述

點擊回看：第二節(jié)   圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱

點擊回看：第三節(jié) 圍護結(jié)構(gòu)的氣密性

點擊回看：第四節(jié) 建筑外門窗

點擊回看：第五節(jié) 避免熱橋

點擊回看：第六節(jié) 建筑通風