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被動房是如何工作的?
類別:節能環保  日期:2020-3-6  來源:綠色建筑研習社  點擊率:3120  打印 關閉

 

被動房是一個世界級的節能建筑標準,是通過建立室內與外界環境的隔絕狀態以避免能量損失的一種節能建筑。

    隨著世界上城鎮化進程的不斷推進,城市中建筑物密度不斷增加,緊緊依靠自然通風已無法滿足建筑物的室內通風需求。為滿足建筑物室內舒適度需求,為住戶提供足夠清新、衛生的空氣,機械式通風系統逐漸成為建筑物建設與舊建筑物改造的關鍵。
   

隨著機械式通風系統的普遍應用,被動房的初始概念逐漸形成——能否借助新風系統解決建筑物的供暖、供冷問題?在通風系統一物兩用可以節省設備投資的同時可大幅度減少空氣的再循環降低室內噪音和空氣紊流。
   

被動房正是基于這一初始概念發展而來——為實現新風供暖、供冷的目標,供暖、供冷負荷必須控制在10W/m2以內。

 

被動房的定義

 

被動房不僅僅是一個建筑物能耗標準,它同時整合了最高水平的室內舒適度需求。被動式建筑的確切定義為:
   

被動房是滿足ISO7730熱舒適標準的建筑,它通過滿足室內空氣質量的新鮮空氣提供室內供暖、供冷需求,且沒有附加的空氣再利用。
   

這是一個純功能性定義,不附加任何數值指標,且適用于任何氣候區。可以看出,被動式建筑是一個基本概念而非隨意的標準,可以由任何人根據其原則進行解釋。下述內容對理解被動房的概念有所幫助:
   

除位于“幸運氣候帶”內的建筑物,所有氣密性建筑需要高效通風系統保證室內的空氣質量,被動房的通風系統可與供暖(供冷)功能兼用,且無需增加額外的管道、技術性接口和輔助風扇等設備、無超出保證空氣質量需求的新風。
 

圖2 通風系統提供保證室內空氣質量的新風

 

超低能耗自動隱含在其中:畢竟為保證空氣質量的新風供暖能力極為有限,無附加采暖設備僅僅依靠新風采暖只可能在熱損失極低的建筑物內實現。
 

為保證室內空氣質量的人均新風量需求為30m3/h,為避免產生塵埃及異味,新風溫度需控制在50°C以下。空氣在20°C、正常氣壓下(室內舒適溫度,ISO7730)的比熱容為0.33Wh/m2K,此時有:
 

30m3/hr/pers×0.33Wh/m3K×(50K-20K)=300W/pers
 

即滿足室內空氣質量的新風供暖能力為300W/pers,按常規居住建筑中人均居住面積30m2計,僅依靠新風進行供暖時的最大熱負荷為10W/m2——與氣候無關,該數值指年間熱量需要最大的時段,被動房的保溫級別和能耗水平取決于氣候條件,極端氣候條件區需要比溫和氣候區更高的保溫級別和較高的能耗。
 

供暖負荷特定值不等同于供暖能耗,由于具體的供暖能耗更容易統計監測取得,為簡化被動房的認證工作,認證標準中給出了15kWh/m2a的年度供暖能耗指標。申請認證時允許在供暖負荷指標(10W/m2)和年度供暖能耗指標(15kWh/m2a)之間進行選擇。
 

事實上,15kWh/m2a的難度供暖能耗僅僅是一個基準值,在中歐氣候區與10W/m2的供暖負荷基本相當。但在斯德哥爾摩,10W/m2的供暖負荷相當于的年度熱能耗約為20kWh/m2a,而在羅馬則遠小于10kWh/m2a。
 

被動房的實際意義在于,在任何氣候區,能量消耗的服務對象永遠是全人類——為當地居民提供舒適的生活空間。被動房是一個功能性標準,不同的氣候環境下需要依靠建筑師的自由發揮建立不同的解決方案,建筑風格和建造方法完全取決于氣候。那些建設在“幸運氣候區”的建筑永遠是被動式建筑。
 

 

世界各地的被動房項目(PHI)

 

基本目標 

作為被動房,應在滿足舒適性標準ISO7730《熱舒適環境——PMV和PPD的測定及條件》對熱舒適性的要求并保持室內空氣的清新的基礎上,采取必要的措施滿足被動房認證標準中各項指標。與現行的節能建筑不同的是,被動房更為強調實際監測結果和住戶體驗,符合認證標準的監測結果和良好的住戶體驗是被動房取得并保持認證的關鍵。
   

作為基本條件,被動房應滿足下述舒適性指標:
 

除特定業態的特殊需求外,室內氣溫保持在20°C至25°C之間;

 

夏季過熱幾率hθ≤25°C≤10%;

 

室內空氣CO2含量基本保持在優良水平(≤800ppm)。

 

與此同時,被動房尚需滿足各項認證標準中規定的指標:

 

供暖、供冷負荷低于10W/m2,或按照供暖、供冷能耗計,年耗能不超過15kWh/m2a。

 

建筑物總能耗按原生態能源消費計算,控制在120kWh/m2a以內。

 

對建筑外圍護結構的氣密性測試結果應滿足n50≤0.6h-1。

 

基本措施
 

原則上,被動房可以采取任何形式的保溫、節能措施,大量的建設實踐證明,通過保溫、氣密性和通風熱回收等三個方面的措施可以將建筑物的能耗控制在一個極低水平,滿足被動房認證的要求。
 

1 良好的保溫
 

保溫是避免傳導熱損失的關鍵,被動房通過高效保溫層、高效保溫門窗形成連續的建筑物保溫外維護,阻斷室內因外熱傳導所形成的熱傳導。
熱橋效應隨著保溫層厚度增加而增強,被動房中的熱橋損失增大至與保溫層整體熱損失相當的量級,因此在被動房的保溫設計中無熱橋設計起著決定性作用。
 

2 非同尋常的氣密性標準
 

良好的氣密性是被動房中減少無組織通風和避免熱對流損失的必要措施,在被動房中,要求建筑物外維護結構具有良好的氣密性,氣密性測試應滿足n50≤0.6h-1(正壓、負壓),對于大體量建筑還需考慮q50指標。

 

圖3 被動房基本工作機理             

 

3 通風熱回收
 

建筑物中,因通風換氣引起的熱損失是巨大的,缺少高效的通風熱回收,被動房10W/m2的供暖、供冷目標將無從談起。在被動房中,通風熱回收效率通常不得低于75%。



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