收藏 | 最強(qiáng)被動房新風(fēng)系統(tǒng)知識

1 被動房的特點(diǎn)

被動房起源于德國,其特點(diǎn)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(fù)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(qiáng)密封,提高氣密性,要求在50Pa負(fù)壓時建筑屋的換氣系數(shù)n50≤0.61/h

2 被動房通風(fēng)的必要性

通俗一點(diǎn)講,被動房的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(fēng)人將無法生活。

給居室提供新鮮空氣,有效排除室內(nèi)的污濁空氣及有害氣體成了被動屋的關(guān)鍵因素之一。可控通風(fēng)是被動屋的必備。

如果沒有通風(fēng):

◆ 缺氧,污濁空氣排不出去

◆ 房間內(nèi)的濕度

室內(nèi)空氣含濕量平衡:

• Ab———排風(fēng)帶出的水量

• Zu———送風(fēng)帶入的水量

• Raum———室內(nèi)增加的水量

如果新風(fēng)Zu和排風(fēng)Ab均為零,室內(nèi)的含濕量(濕度)將越來越大。

圖1

圖2

◆ 滋生霉菌:室內(nèi)通風(fēng)不足,濕氣無法及時排出,就會滋生霉菌。德國費(fèi)勞恩赫弗建筑物理研究所艾爾霍恩(FraunhoferInstitutfuerBauphysik)得出結(jié)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(nèi)相對濕度高于80%的時間不超過3小時,問題不大;

• 一天內(nèi)相對濕度高于80%的時間超過6小時,滋生霉菌的風(fēng)險很大。

根據(jù)室內(nèi)外濕度平衡,艾爾霍恩先生計算出房屋新風(fēng)換氣最低次數(shù),室內(nèi)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(fēng)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(fēng)設(shè)備的要求

可控通風(fēng)是指通過機(jī)械方式把室外的新鮮空氣送到室內(nèi),再將室內(nèi)的污濁空氣排向室外,保證室內(nèi)24小時空氣新鮮。

國標(biāo)規(guī)定:住宅和辦公環(huán)境下新風(fēng)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(fēng)負(fù)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(fēng)換氣系數(shù)。特別是寒冷天氣更需要控制新風(fēng)換氣系數(shù),原則上只需保證每人30m³/h的新風(fēng)量。

為了降低通風(fēng)的能耗,被動屋的通風(fēng)設(shè)備必須對排風(fēng)側(cè)的熱量進(jìn)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(fēng)及設(shè)備做了明確的規(guī)定。

通用要求:

• 顯熱回收率(采暖,風(fēng)量平衡,室外溫度-15~10℃,室內(nèi)20℃):ηh≥75%

• 全熱回收效率:ηe≥60% (建議)

• 防凍時新風(fēng)不能間斷,室外溫度低于-3℃啟動防凍功能(新風(fēng)預(yù)熱)

• 新風(fēng)和污風(fēng)之間的風(fēng)量的差異<10%

• 新風(fēng)機(jī)的泄漏率:內(nèi)部及外部≦3% (壓差100Pa)

• 漏風(fēng)系數(shù)(換氣系數(shù))n50≤0.61/h

• 新風(fēng)量:

   新風(fēng)換氣系數(shù)

   正常:0.51/h

   極冷天氣:(<-15°)0.21/h

   最低新風(fēng)量:30m³/h/人

• 新風(fēng)出風(fēng)溫度:≥16.5℃ (室外-10℃室內(nèi)21℃,新風(fēng)加預(yù)熱,如圖4所示。)

• 新風(fēng)耗電:≤0.45W/ (m³/h),扣除高效濾網(wǎng)和表冷器的影響

圖4

◆ 分戶獨(dú)立新風(fēng)機(jī)(風(fēng)量小于600m³/h):

新風(fēng)機(jī)風(fēng)量使用范圍:

• 最大運(yùn)行風(fēng)量Vmax為風(fēng)機(jī)最高速運(yùn)行,背壓為169Pa時測得的風(fēng)量值/1.3

• 最小運(yùn)行風(fēng)量Vmin為風(fēng)機(jī)最低速,背壓為49Pa時測得的風(fēng)量值/0.7

• 標(biāo)稱風(fēng)量(新風(fēng))V= (Vmax+Vmin)/2

• 新風(fēng)機(jī)的使用范圍是Vmin和Vmax之間。

• 待機(jī)能耗≤1W

新風(fēng)控制:

• 至少三速控制(70%~80%,100%,130%)

噪聲:

• 新風(fēng)機(jī)設(shè)備間≤35dB (A)

• 居室≤25dB (A)

• 其他功能房≤30dB (A)

設(shè)備包括熱交換器,必須便于檢查和清洗,過濾網(wǎng)更換不應(yīng)超過一年。要求濾網(wǎng)更換用戶自己可以完成。

圖5

◆ 中央通風(fēng)設(shè)備(風(fēng)量大于600m³/h):

在保證單位新風(fēng)量耗功率≤0.45W/ (m³/h)和如下背壓下測定的新風(fēng)量為新風(fēng)機(jī)的使用范圍(表1)。

表1

鑒于住宅風(fēng)道要比其他建筑屋短,所以要求的背壓也低。以上背壓對應(yīng)的新風(fēng)機(jī)只包括外殼、熱交換器和風(fēng)機(jī)。其他部件的壓降應(yīng)該扣除,過濾網(wǎng)允許最多扣除50Pa。

考慮到新風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)范圍、重量、外形尺寸等因素,單臺新風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不宜大幅超過10000m³/h。

4 被動房的新風(fēng)設(shè)備(通風(fēng))

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(dú)立新風(fēng)設(shè)備兩種。

表2

說明:

(1)如果選用板式全熱交換器應(yīng)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(fēng)機(jī),不管是采用集中還是分戶獨(dú)立的形式,在新風(fēng)入口處需要有防凍保護(hù)-預(yù)熱。集中新風(fēng)機(jī)可以選擇電加熱或防凍液熱水加熱。分戶獨(dú)立新風(fēng)機(jī)可以通過電加熱或混風(fēng)來提高新風(fēng)的入口溫度。為了避免能耗過高,對高寒地區(qū)(溫度<-20℃),應(yīng)降低新風(fēng)的換氣系數(shù),保證每人30m³/h即可。

(3)常規(guī)空調(diào)的做法是對除濕后的低溫空氣進(jìn)行再加熱,以免冷風(fēng)直吹帶來的弊病(不舒適、易感冒)。被動屋的新風(fēng)量約為常規(guī)空調(diào)的10%,出風(fēng)口的風(fēng)速很低,新風(fēng)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(fēng)加再熱段。如果出于某種考慮,出風(fēng)口風(fēng)速較高(>2m/s),可以改變出風(fēng)口的方向,避免對人體直吹。

如果新風(fēng)不承擔(dān)制冷任務(wù),可以通過增加一個熱回收段對低溫新風(fēng)進(jìn)行再熱。盡量避免用輔助能源加熱新風(fēng)。

4.1　轉(zhuǎn)輪式集中新風(fēng)機(jī)

轉(zhuǎn)輪式全熱回收新風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是全熱回收效率高,全熱回收效率可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪速度來控制。其缺點(diǎn)是顯而易見,部分污風(fēng)會混到新風(fēng)中,污風(fēng)中的異味和細(xì)菌會跟著混進(jìn)新風(fēng),出現(xiàn)少量的交叉污染。如果成本允許,可以在送風(fēng)段加殺菌過濾段(如電子除塵凈化殺菌或紫外線殺菌設(shè)備)。

◆ 轉(zhuǎn)輪新風(fēng)機(jī)組

常見的主要組成:新風(fēng)和排風(fēng)風(fēng)機(jī),轉(zhuǎn)輪全熱回收器(通常用一個全熱轉(zhuǎn)輪換熱器),除濕盤管,加濕,高效過濾等。

由于轉(zhuǎn)輪本身的成本特點(diǎn),風(fēng)量小于3000m³/h,不宜考慮采用這種熱回收設(shè)備。

4.2　板式全熱交換集中新風(fēng)機(jī)

◆ 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(dá)不到被動屋標(biāo)準(zhǔn)的要求,可以采用如下組合方式(準(zhǔn)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(shè)計可以達(dá)到被動屋標(biāo)準(zhǔn)的要求。

◆ 熱交換器機(jī)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(jī)芯的優(yōu)勢是濕度交換效率高,但其致命弱點(diǎn)是:透氣率高,很難達(dá)到被動屋標(biāo)準(zhǔn)中的漏風(fēng)率小于3%的要求;另外機(jī)芯受潮后容易滋生霉菌;機(jī)芯使用時間長了無法水洗,只能換新的,增加了維護(hù)成本。

特殊塑料薄膜(康舒膜)是一種理想的全熱交換材料,經(jīng)過特殊處理后既能進(jìn)行濕交換,還能抑制細(xì)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(fēng)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(fēng)全熱回收機(jī)組:

大型機(jī)組

圖15

中型機(jī)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(dú)立新風(fēng)機(jī)

分戶獨(dú)立新風(fēng)機(jī)是將高效逆流全熱交換器、風(fēng)機(jī)、濾網(wǎng)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(fēng)的暖通方案,即另有設(shè)備提供采暖、制冷和除濕。

◆ 立式新風(fēng)機(jī)—森德康舒安comfoairQ 系列:

表3

圖17

　◆ 吊頂式———新風(fēng)機(jī)(200m³/h),德國進(jìn)口PaulClimosF200 (適用室內(nèi)面積130m²)

圖18 應(yīng)用示意圖

圖19

4.4　戶式新風(fēng)采暖制冷一體機(jī)

戶式新風(fēng)采暖制冷一體機(jī)是解決被動屋住宅的最經(jīng)濟(jì)的選擇。它是一種高效全熱回收新風(fēng)機(jī)和空氣源熱泵的組合。

同時解決:

• 新風(fēng)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(fēng)機(jī)和熱泵

• 高效過濾

• 機(jī)外可支配送風(fēng)余壓>100Pa

• 適用面積130/180m²

• 低溫環(huán)境帶新風(fēng)預(yù)熱(選配)

• 電輔助加熱(選配)

圖20

圖21

5 室內(nèi)風(fēng)口的布置

被動屋的新風(fēng)量較傳統(tǒng)的空調(diào)風(fēng)量低很,所以對新風(fēng)出風(fēng)口和回風(fēng)口布置的位置有要求,需要保證新風(fēng)能夠覆蓋(擴(kuò)散)到每個角落。

◆ 簡單法則:送風(fēng)口布置到房間的最遠(yuǎn)端,回風(fēng)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(fēng))的要求,需要在內(nèi)墻上設(shè)透氣槽。

◆ 一體機(jī)———康舒家的風(fēng)管布置(頂送風(fēng))

◆ 風(fēng)管:

要求風(fēng)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(zhì)(二噁英),不建議大量使用。

室外部分(主管道)要求風(fēng)管有10cm 以上的保溫,流速不超過10m/s。

圖22

圖23

室內(nèi)部分(沒有結(jié)露風(fēng)險的區(qū)域)風(fēng)管應(yīng)選用圓形風(fēng)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(fēng)口支管:圓形風(fēng)管,不需要保溫。

◆ 選擇地送風(fēng),風(fēng)管埋地安裝。應(yīng)選擇柔性雙壁波紋管。地出風(fēng)時室內(nèi)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(nèi)壁光滑,PE材料,外徑75mm,內(nèi)徑63mm,可彎曲。

橢圓形雙壁波紋管:外壁波紋,內(nèi)壁光滑,PE 材料,寬138mm,高51mm,可彎曲。

允許風(fēng)量30m²/h。

• 選擇頂送風(fēng),可以選擇PP90的風(fēng)管
  

• 最大風(fēng)量60m²/h

◆ 出風(fēng)口:

出風(fēng)口有地面出風(fēng)口或頂出風(fēng)口。地面出風(fēng)口的箱體內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)不大于0.5m/s。出風(fēng)口面板的外形可以根據(jù)內(nèi)裝設(shè)計要求設(shè)計,面板開孔率不應(yīng)低于30%。

圖25

也可以使用雙接管出風(fēng)口及相應(yīng)的出風(fēng)口格柵。

◆ 回風(fēng)口

設(shè)計頂部回風(fēng)時,回風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)控制≤2m/s,選外徑90mm 的風(fēng)管時每個口的風(fēng)量≤80m³/h。

圖26

回風(fēng)口應(yīng)符合消防的相關(guān)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(yīng)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(yīng)該具有削減5dB (A)以上的能力。

圖27

總結(jié)

新風(fēng)是被動屋建筑不可缺少的組成部分,新風(fēng)的任務(wù)是給室內(nèi)提供足夠的氧氣,同時把室內(nèi)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(nèi)居住或辦公環(huán)境。

新風(fēng)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(zhì)量總體較差,特別是固體顆粒物含量偏高,新風(fēng)機(jī)還應(yīng)該帶有(亞)高效的濾網(wǎng)裝置。新風(fēng)系統(tǒng)是健康舒適節(jié)能的保證!

作者單位：森德(中國)暖通設(shè)備有限公司