中国建筑设计院有限公司 侯昱晟 刘维 张祎琦 祝秀娟
【摘 要】为了探究严寒地区被动房在夏季采用全新风模式通风对室内温度的影响，本文采用数据模拟的方法，以长白山某办公大厅为研究对象针对白山市夏季7、8月份采用全新风模式下机械通风系统的被动房建筑室内温度变化情况进行分析研究。模拟结果显示：7~8月按人员所需最低新风量开启机械通风被动房内平均温度均温度为27.9℃，被动房内最高温度达到38℃。室内处于最大通风量下的平均温度与最小通风量下的室内平均温度差值最大为1.7℃，最高温度差值最大出现在2号房间为2.21℃，均出现在2号房间。全新风模式下的通风系统，被动房建筑内部的余热无法得到有效地排除。通过全新风模式进行通风可以较为有效的降低室内平均温度。内部得热量小的房间，在室外最高温度下开启通风会使室内温度升高。
【关键词】被动房 通风 新风 室内温度 模拟
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
“被动房”概念最早由中欧地区国家提出，后来被位处气候寒冷地区的国家广泛应用。被动房技术主旨是以被动形式减少建筑物能耗，提高建筑用能效率[1]。其主要的理念是运用传热系数极低的外围护结构以及采用科学的热桥做法，使得建筑内部热负荷大幅度降低[2]。被动房的气密性是决定热负荷是否有效降低的另一个关键因素。冬季良好的房屋气密性，大大降低了室外未处理的冷空气直接进入建筑物内所增加的热负荷[3]。但同时，为了满足人员所需新风量以及维持房间的一定正压环境[4]，由新风所产生的能耗在冬季被动房总能耗中仍占有较大的比例[5]。因此这就需要被动房项目采用具有高效热回收的新风换气设备来降低引入新风所增加的热负荷[6]。刨除新风耗能部分，良好的气密性以及优良的外围护结构保温性能使得被动房这类建筑在冬季供暖期间能够有效的降低建筑所需热负荷[7]。
如表1所示，我国某些地处严寒地区的城市，冬季历年最冷月气温虽然能够达到-20℃以下，但在夏季最热月14时平均温度能够达到26℃以上,冬季与夏季温度具有明显的差异。在这样冬、夏季节划分明显的地区，冬季虽具有良好的保温和气密性的被动房，但在夏季室内得热将难以有效的排除。以下是几个典型城市冬、夏季节室外气象参数。
表1 东北地区典型城市夏季气象参数
本文通过数值模拟方法，对已有被动房工程进行模型的建立与分析，对于夏季被动房建筑能否通过机械通风系统，将室内余热有效的去除，从而保证人员工作与生活所需正常的室内环境温度，进行了论述。
1 国内外被动房性能指标
1.1热工性能
目前国际上有关被动房的规范有挪威的NS3700，它是在德国被动房标准基础上根据本国气候特点，对应四类地区定义了四种外围护结构的性能参数。规范中对于建筑窗、墙等维护结构热工性能限制进行了限定。我国首部地方性标准《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》DB13(J)/T177—2015[8]，对被动房进行了定义，并提出了房屋能耗计算方法等。
表2 不同标准被动房外围护结构传热系数限值
1.2室内气密性
被动房气密性要求很高，德国技术标准要求室内外差50Pa下门窗缝隙渗透量小于0.6次换气次数[4]。国标DB13(J)/T177—2015与德国标准对被动房屋气密性要求一致。
1.3空调与通风系统
为了满足室内人员卫生要求，房间需要及时补充一定的新风量。按照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012要求，办公客房公共场所每人所需新风量限值如下表所示：
表3 不同类型房间新风量
对于严寒地区，被动房供暖期间为了提高被动房围护结构的气密性和保温性能，冬季本来少窗的被动房屋内密不透风，无法有效的进行自然通风，因此为了保证房间空气品质和人员对于空气的需要，新风系统必须进行考虑与设计，低温新风送入室内之前需要进行处理，这个过程的能耗将占房屋总能耗的很大一部分比例。在我国严寒地区的夏季，过渡季节以及夏季多数时候室外气温能够满足人体舒适度要求，被动房通过自然通风即可对室内余热、余湿进行排除[9]。但在最热月份14时室外空气平均温度在24℃~27℃之间，通过自然通风无法满足人体舒适程度要求，需要依靠机械通风排除室内余热。
2 模型建立
2.1 建模基础条件
针对吉林省白山市附近某办公大厅进行模型的建立。该建筑临近长白山，地处严寒地区，首层南侧大堂、商务中心、多功能厅以及办公室部分区域划分为被动房区域。本次建模与分析对象为首层被动房建筑部分。
图1 被动房区域建筑平面图 图2 模型简化示意图
其中模型中大堂东侧1~2号会议室临近过道，3号会议室邻近仓库，6号大堂北侧相邻房间为设备储备间，其他面为外墙。在模型建立时将研究对象房间与相邻房间设为隔墙边界条件，而相邻库房设置为与室外直接相邻与实际工程相符。
图3 模型系统示意图
本次模拟气候参数采用相邻城市四平市气象参数作为计算室外条件，不考虑外窗遮阳措施。围护结构参数设置如下
表4 围护结构设置参数
围护结构设置简化为主要保温部分和结构部分：350mm厚岩棉保温+250mm厚钢筋混凝土。房间之间隔墙设置为相邻边界，只考虑对流换热。外墙边界与室外空气考虑对流换热，墙体同时考虑太阳的辐射得热，建筑整体北向偏西31°，由角度导致围护结构的太阳辐射得热部分已经进行角度修正。
表5 室内得热项设置
表6 各个房间所需最小换气次数设置
换气次数的折算是以原设计，各个房屋设计人数为基础，根据是几房间大小来折算出房间内所需通风量的换气次数。在通风工况时，室内通风温、湿度与室外一致，室内采取全新风运行，不同房间内均有排风，各房间之间不考虑空气流动。
图5 模型工况设置图 图4 外围护结构设置示意图
表7 不同工况下通风换气次数
本次模拟分析采用TRNSYS 16，对表7内4个不同功能房间不同通风换气次数下房间内温度变化进行求解与分析，一共为6个基本工况。表7为模拟不同工况下通风换气次数设置值，计算时间为当地7月~8月份计算总时长为1488小时，计算时间迭代步长设置为1小时。
3 模拟结果与分析
3.1 全新风通风模式下各室温变化
图6 工况1室内温度折线图
如图所示，依据在工作期间不同室内人员所需新风量开启机械通风所得被动房内温度结果来分析，7~8月间被动房内的平均温度为27.9℃，室外平均温度为23.4℃。7月~8月份室内房间平均温度与室外平均温度差为4.5℃。室内最高温度出现在2号房间，温度为38℃，此时室外最高温度为33.61℃，出现时间为7月21号下午3时~4时。其余房间每天最热温度出现时刻也为下午3时~4时间。这是由于2号房间为20人会议室，人均占有使用面积仅为1.8㎡，且位于建筑内区，室内人员和电器散热量大，室外气温最高时刻未进行降温处理的新风无法有效对室内余热进行有效的排除。
3.2 不同通风换气次数下室温变化
如图所示，所有房间7月~8月被动房内平均温度随着换气次数的增加而逐渐降低。室内处于最大通风量下的平均温度与最小通风量下的室内平均温度差值最大出现在2号房间为1.7℃，3号房间为1.5℃，然而1号房间与4号房间，各自房间内最小与最大通风量下的室内平均温度差值仅为0.9℃与0.6℃。
图7 通风系统不同换气次数对应室内平均温度 图8 不同通风换气次数下的房间温度
2、3号房间人均占有使用面积分别为1.8和2，电脑台数分布度为0.6和0.45，而1、4号房间人均占有使用面积分别为4.8和3，电脑台数分布密度约等于0。通风系统对房屋内平均温度的降低的效果对于2、3号这种人员密度大，室内电器较多，室内得热负荷较大的房间较为明显，对于1、4号房间这样人员稀疏的房间效果较差。
3.3 全新风通风模式对室内最高温度的影响
如图8所示，所有房间7月~8月2、3号房间室内平均温度随着换气次数的增加而逐渐降低。但1、4号房间换气次数的增加并没有降低室内最高温度。室内处于最大通风量下的平均温度与最小通风量下的室内最高温度差值最大出现在2号房间为2.21℃，3号房间为1.61℃，然而1号房间与4号房间，各自房间内最小与最大通风量下的室内最高温度差值仅为-0.38℃与-0.24℃，室内温度反而升高了。
对于2、3号这种人员密度大，室内电器较多，室内得热负荷较大的房间全新风模式下的机械通风可明显的降低室内最高温度，对于1、4号人员稀疏的房间，在室外温度最高时打开通风系统，反而升了高房间温度起到了反作用。
4 结论
（1）7~8月被动房按人员所需最低新风量开启机械通风被动房内平均温度为27.9℃，室外平均温度为23.4℃。最高温度达到38℃。全新风模式下的通风系统，无法保证被动房建筑内部的余热有效排除。
（2）被动房建筑内对于人员密度大、内部得热量大的房间，通过全新风模式进行通风可以降低室内平均温度最高达1.7℃，但对于内得热小，人员密度低的房间降低室内平均温度效果不显著，最低仅为0.6℃。
（3）被动房建筑内对于人员密度大内部得热量大的房间，通过全新风模式进行通风降温效果明显，但对于内得热小，人员密度低的房间反而使最高温度有所升高。
（4）严寒地区最热月仍需考虑设置空气调节系统对室内温度进行调控。
参考文献
[1]章文杰,郝斌,刘珊,程杰. 新风对采用被动房技术的居住建筑能耗的影响[J]. 暖通空调,2015,(02):93-97+92.
[2] Laurent G，Monica B，Air heating of passive houses in cold climates: Investigation using detailed dynamic simulations ；Building and Environment 74:1–12 · April 2014.
[3] 潘支明．中德被动式居住建筑差异对比分析［Ｊ］．建设科技,2013（9）：34-36.
[4] 中国建筑科学研究院.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范： GB 50736—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：6-8.
[5] 周正楠．对欧洲“被动房”建筑的介绍与思考［Ｊ］．建筑学报，2009,56(5):1013.
[6]黄秋华．热回收新风机在住宅建筑中的应用［Ｊ］．建筑节能，2011,39(8):1113.
[7] Arturas K,Jevgenija R. Passive House Model for Quantitative and Qualitative Analyses and Its Intelligent System［Ｊ］．EnergyBuildings，2012，50（7）：718.
[8] 住房城乡建设部科技发展促进中心、河北省建筑科学研究院会. 《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》DB13(J)/T177—2015.：中国建筑工业出版社，2015：12-20.
[9]周斌,张伟林. 夏热冬冷地区被动式建筑示范房节能效果模拟分析[J]. 安徽建筑大学学报,2015,(03):52-55.
备注：本文收录于第21届暖通空调制冷学术年会论文集。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。
