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近零能耗居住建筑室内湿环境与新风量指标关联性探讨

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：林政权

[导读] 摘要：随着近零能耗建筑的发展，建筑气密性越来越高，机械新风系统成了室内环境质量控制系统的重要组成部分，新风系统的能耗影响着近零能耗建筑的整体能耗水平。

        身份证号码：35012219881025xxxx 福建福州 350000
        摘要：随着近零能耗建筑的发展，建筑气密性越来越高，机械新风系统成了室内环境质量控制系统的重要组成部分，新风系统的能耗影响着近零能耗建筑的整体能耗水平。建筑气密性对新风系统能耗的影响是目前近零能耗建筑研究中急需解决的问题。本文分析了近零能耗居住建筑中建筑气密性、新风系统热回收效率、新风系统控制模式之间的影响机制，建立计算模型，针对各气候区典型城市，计算全年逐时单位建筑面积新风系统能耗与建筑气密性、热回收效率和控制策略的定量关系；提出新风热回收系统等效效率作为新风系统能效指标，作为在不同气象参数条件下，建筑气密性等级和新风系统关键性能参数选取的依据。
        关键词：近零能耗建筑；气密性；新风系统；热回收；控制策略
        引言：
        我国大部分住宅主要采用自然通风，建筑的通风量来源于室外新风，没有循环风量。示踪气体法是测量居住建筑通风量的方法之一。在以往的研究中，示踪气体（如六氟化硫（ＳＦ６）、甲烷等）由专用的设备向测试空间释放，只能对通风量进行短时间监测，而且费用昂贵，不易操作。Ｂａｒａｎｋｏｖａ深入研究了以人体呼出ＣＯ２为示踪气体测试住宅通风量的方法，该方法适用于居住建筑自然通风系统中通风量的长时间监测。
        1、本文研究在近零能耗居住建筑中气密性与新风系统能耗的定量关系，考虑新风系统使用模式和使用时间，分析在不同气候区，不同控制策略、不同热回收效率前提下，不同建筑气密性与全年单位新风系统能耗的影响，提出使用新风热回收系统等效效率作为新风系统能效指标，作为不同气候区建筑气密性等级和新风系统关键性能参数选取的依据。
        1.1新风系统能耗计算方法
        建筑新风量的确定
        在我国现行的 GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范>中规定居住建筑所需的最小新风量宜按换气次数法确定，居住建筑换气次数宜符合表 1 中所给的规定值。

        图1 居住建筑最小新风换气次数N。
        建筑设计新风量 V 的计算见式（1）。V = A × h × Ns（1）式中：A 为建筑套内使用面积，m2；h 为计算建筑使用空间高度，m；Ns 为新风换气次数，次/h。我国常规建筑新风系既有设计方法，将风压和热压引起的室外空气渗透按照经验换气次数折算计入建筑负荷［11］。根据 ISO 13790［2］，建筑正常运行下室内外 5 ～ 10 Pa 压差下与测试工况 50 Pa 压差下的渗透换气次数关系为：VN = 0. 3 × 1. 3 × VB（2）NV，Ｒest = VN50•N50•e VN（3）
        标准 ISO 13790－2008 根据建筑的暴露程度和遮挡程度给出相对应的防风系数，防风系数 e 的数值取 0. 01～0. 1。居住建筑设计新风量由两部分组成：空气渗透量和机械新风量。当建筑气密性更好时，空气渗透量更小，相应机械新风换气量就要更大。
        1.2 新风系统冷热负荷计算
        设定新风系统不承担室内负荷，仅处理至室内设定状态点，近零能耗建筑中采暖季新风系统热负荷 q1 由预热负荷 qp、辅助热负荷 qh（即机械新风经过热回收后处理至室内设定参数所需热负荷）、空气渗透热负荷 qin1 组成；空调季新风系统冷负荷 q2，由辅助冷负荷 qc 和空气渗透冷负荷 qin2 组成，单位均为 kW。
        新风系统热负荷：
        q1 = qp + qh + qin1
        新风系统冷负荷：
        q2 = qc + qin2
        由以上公式可知，新风系统能耗与建筑的围护结构热工参数、户型、窗墙比等因素均无关，与建筑套内面积成正比.
        1. 3 新风系统年累计耗热量和耗冷量计算
        新风系统负荷的计算对于近零能耗建筑的能耗分析至关重要。本文采用度小时和焓小时数法计算建筑新风系统年累计耗热量和耗冷量。根据计算城市的去年气象参数和室内设定值，按 8 760 h 累计式.为得到符合工程实际情况的建筑气密性与新风系统能耗之间的关系，必须考虑新风系统的控制策略，本文计算分析了以下控制策略下的定量关系。
        1.4运行时间控制
        在居住建筑能耗计算时，应注意建筑实际运行时间，以普通上班住户为例，表 2 给出居住建筑新风系统能耗计算的运行时间表，其他策略中新风系统也仅在此设定时间内运行。
        1. 5人为新风系统控制
        在夏季空调工况，当室外温度较低时，室内人员会采取开窗通风的方式改善室内环境。以建筑人22：30 时为休息时间，在休息时间前假设建筑内人员会根据室外环境选择开启新风机组或开启外窗通风。在冬季，不会采用开窗方式提高房间温度，本文假设冬季通风主要由机械新风系统完成。

        图2 居住建筑新风系统能耗计算的运行时间
        2 居住建筑新风系统能耗计算的运行时间
        2.1外窗和新风系统联动控制
        在夏季空调工况，设定温控器控制建筑外窗的开启和新风系统的开启。若室外焓值低于设定焓值则选择开启外窗通风冷却，若室外焓值高于设定焓值则选择开启新风机组，充分利用夜间通风，降低夏季空调负荷。
        1）在居住建筑实际运行时间内，无开窗通风模式下，随着建筑气密性提高，各气候区采暖能耗降低，新风热回收系统等效效率升高；在空调季，随着建筑换气次数 N50减少，哈尔滨地区新风系统能耗小幅升高，新风热回收系统等效效率降低，新风热回收系统等效效率升高。
        2）空调季在人为控制新风系统的模式下，各城市新风系统能耗低于无开窗通风模式，新风热回收系统等效效率高于无开窗通风模式；随着气密性的升高，南京和广州地区新风系统能耗降低较多，分别降低了 23%和 22%。
        3）空调季在外窗和新风系统联动控制模式下，新风系统能耗及新风热回收系统等效效率整体趋势和水平与人为控制模式一致；当设定新风系统开启焓值时，存在使新风系统能耗最低、等效效率最高的优化值。
        4）新风系统能耗随着热回收效率的提高而减小，新风热回收系统等效效率随着热回收效率的提高而增加；在高热回收效率下，更好的气密性对应的系统等效效率明显高于低气密性的，并且随着热回收效率的上升差值越来越大。
        5）除严寒地区的无开窗通风工况外，其他气候区及其它运行模式下，在高建筑气密性和较高热回收效率时，新风系统采暖季等效效率可达 4. 0 以上，空调季等效效率可达 5. 0 以上，优于同气候区风冷热泵制冷制热效率。
        总结：
        本研究通过环境的模拟，使实验室在较大的室内温度和相对湿度范围内，在人们对热环境自适应条件下，旨在研究在常见的室内热环境和新风量范围内，空气温度、焓值及相对湿度对空气品质主观评价的影响规律。分析结果得到了室内热环境参数对项可感空气品质的评价指标的作用规律，以及评价指标之间的相关性情况等结论。
        参考文献：
        [1]中国建筑科学研究院．被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）［S］．
        [2]张孝鼎，贡太瑞，郭清，等．气密性对住宅能耗影响的研究［J］．建筑节能，2016（04）：61-64
        [3]彭琛，燕达，周欣．建筑气密性对供暖能耗的影响［J］. 暖通空调，2010。（09）：107-111