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关于被动房新风系统,所有的技术都在这里2018-06-05 14:22来源:建学丛书增刊《低成本多层被动式住宅》作者:董小海
1 新风系统装置构成部分要求 被动式建筑中对新风装置的要求,部分来说,比其在传统用途的要求有了显著的提高。根据[FEI99]的规定,对于热回收系统和通风装置有了更严格的要求,以确保在被动式建筑中热供给达到满意效果而避免使用传统的供暖系统。 对于通风体积流量较小的新风装置,按[FEI99],及[FEI100]的要求,尚有以下的注释需要补充: 舒适标准: 热交换的效率:
电效应标准:
泄漏避免 机组的热保温 平衡/可调节性 房间空气的卫生 防冻保护 噪音保护
2 新风设备的卫生因素
3 新风设备模块 1 热交换器 图44 逆流板式热交换器轴测图 一般来说被动式建筑所要求的高效热回收等级唯有通过含有逆流板式热交换器的新风设备才能达成。逆流换热是,出风和新风交叉穿过热交换热板,新风在热交换器内被出风预热。在高效率的热交换器内,新风大多数已经被预热至17-18°C,排除了窜风现象。但是热量回收利用前提是一个气密的建筑外壳,用以保障室内空气中的能量不致于在缝隙部位流失。
表5 一个热交换器的标准数据[luefta] 每个新风机组均应含有一个可绕过热交换器夏季旁路。夏季旁路使凉爽外部空气(尤其是夜晚)不改变温度地到达室内以实现较舒适的温度。对于温度较高的外部空气(比室内温度高),热交换器又代替夏天旁路发挥作用,以缓和夏季的高温。 图45 含旁路阀门热交换器的构造原理,图片基于[HUB06] 以下是温度控制的详细描述,什么时间应该连通夏天旁路。以下观测基于回风风机位于热交换器后(吸气)的布置方法。风机散热对于观测没有实际意义(将风扇的顺序倒置则必须注意来自风机的散热的温度升高)。而管道网内的热损失引起的回风气流温度的变化不作考虑。 调控示意图(适用于吸入的送风和出风风机) 日均值T外部>19°C,则制冷运作(夏季)如下: 当T外部+ΔT送风风机>T回风(=室内空气),则热交换器 当T外部+ΔT进风风机<T回风(=室内空气),则夏季旁路 日均值T外部<19°C,则供暖运作(冬季)如下: 当T外部+ΔT进风风机>T回风(=室内空气),则热交换器 当T外部+ΔT进风风机<T回风(=室内空气),则夏季旁路 2 风机一个被动式建筑的前提为,在标准条件下含有热回收的大型新风设备的电能耗限值为0.40Wh/m3,而含有热回收的小型新风设备不得超过0.45Wh/m3。新风机组必须按照实际计算出来的压力损失来计算其电效率。必须指出的是,电能效率的计算是以新风或者回风体积流量为基础,而不是以两个体积流量的总和为基准的。 图46 风扇的特殊功率的计算 风管网络的设置必须保证其压力在被动式建筑相应要求范围内,并应选择高效率风机。 如之前课上所示,在含有热回收功能的中央新风设备或紧凑型新风设备,已经在其中央部件中设置了送风和回风风机。这些设备一大部分,特别是满足被动式建筑性能要求的,是配置了电控反向的直流风机,至少是尽量按此要求设置。 高效率,低噪音,使用寿命长和免维修是这些风机的优势。 3 空气过滤器 在暖通系统的中央热交换器之前,无论室外空气进风方向还是室内排风方向均应设置过滤器。一方面对热交换器及新风设备的其它部件进行防污,另一方面是为新风除尘。 在防冻调节器之前设置的过滤器通常为F7标准,以对调节器进行防污。排风管道过滤器为G4标准,按照需要设置在排风机之前,以防止其被污染。 根据[KEU97]室外空气方向过滤器原则上有两层,第一层至少应选择F5过滤器,最好可以使用F7,而第二层则至少选择F7过滤器,可以的话最好设置F9。两层过滤器设置的缺点是相应增高的压力损失和其引起的耗电量增加。 过滤器是按其不同的拦截度来选择的。EN77中按过滤器对不同颗粒拦截度对其进行了等级区分。 表6 根据微粒大小和过滤等级的拦截度——在无尘和洁净状态下的过滤器 当过滤器质量达到相当的等级时基本可以实现送风无粉尘无花粉颗粒的状态。当采用F9等级的过滤器代替通常使用的F7等级的过滤器并经妥善安装时,可以保证设备内的卫生,然而这会引起较高压力损失,增大风机功率进而引起更多的原生能源消耗。 对于过滤面积的尺寸确定,必须特别注重过滤器使用寿命(维修间隔)以及压力损失。此两点要求选用一个高质量的过滤器,拥有较低的初始及终端压力损耗而减少耗电。选用应遵循VDI6022中对使用寿命/维修间隔的规定。 过滤器必须在设备和调控技术角度保障其相对湿度不超过90%。对于外部空气过滤器允许以上设定的数值存在误差,即三天之内的平均相对湿度不超过80%。[VDI02]为达此目的,在室外进气方向可将防冻调节器安装在过滤器之前。而这要求定期对其清洁,因为这个调节器不再受到过滤器的保护。另一种可能为在辅助风扇之后对进风进行再循环,但此做法存在一个缺陷,即再循环会有气味混入新风之中。 过滤器的使用时间/维修间隔同时也意味着,伴随使用时间的增加,在第一层过滤器会有细菌分解以及粉尘拦截引起的内毒素积累。为避免内毒素导致空气污染,在一个规定的时间内(与污染无关)必须更换过滤器(第一过滤器一年,第二过滤器两年)。[MÖR01]对于过滤器的规定根据其污染程度更换,常规地区污染负荷,每半年一次。 4 防冻调节器设备中央的供暖调节器是专门提供热交换器的防冻保护的。这个防冻保险是十分必要的,因为高热回收率在较低的室外温度的情况下,在热交换器出风端可能出现结冰的现象,为保护热交换器这是必须避免的。 在室外温度低于-4°C时,选用厂家产品时须考虑结冰时的情形。。由排风处的一个温度感应器来进行调控。防冻调节器安置在外部空气过滤器与热交换器之间的管线上。 作为防冻保险通常是一个电子预热调节器,这是一个简单经济的方法。此电子预热调节器应该无档或者至少两个档位可调。在实际情况下,调节中总会出现大量的问题,进而引起持续的电能消耗。代替电子预热调节器也能选择一个可以由供暖循环供热的预热调节器,此循环中应加入一定量的防冻剂。 一个含有防冻保护的供热循环不仅仅对于投资(热交换器,热泵,乙二醇/水混合物)且对于维修均是昂贵的。如建筑物通过一个远程供暖采暖,则可利用远程供暖管道的回流余热来保障热交换器不致结冰。 通过一个地热交换器对外部空气预热也是可能的。然而达到热交换器的无冻结状态,通常多层住宅由于其相对较小的基地面积又配合多楼层需求,仅仅使用地热交换器是不可行的。 4 其他组件被动式建筑的新风设备在设计中特别需要注意的其他部分,如下文描述。 1 再加热由于被动式建筑低供热负荷(<10W/m2),通过对新风的再加热即可满足供热要求。新风的再加热和调节是通过在各居住单元中使用再加热调节器来完成的,其安装在各个公寓单位的吊顶之中(前厅或浴室)。其热能的供给(再加热调节器)是由供暖热水完成的。针对再加热调节器尤其注意气流须均匀流向调节器截面,以确保达到预计的供热效果。 按PHPP定义热负荷>10W/m2的居住单元通常要设置暖气片。也可以对居住单位供给更高体积流量的空气,以满足其较高的热负荷。长时间的大流量空气运行会导致室内空气的干燥因此只可以作为特例选项运用。 在纯空气加热的被动式建筑中,须考证各个公寓单元的室内空气按PHPP规定可加热到22°C。在再加热调节器中进风最高允许被加热至52°C。更高的温度是不允许的,否则会在管道表面发生灰尘阴燃(灰尘的热解)。[WIT93]EN12831规定了设备设计中再加热调节器的设置。在冬季按以下的房间条件来设置供暖设备。 表7 对于各不同房间使用功能,推荐的冬季房间温度 一个激烈讨论点是浴室。即使在EN12831中的推荐温度为24°C,通常温度设为20°C。在Utendorfgasse公寓中亦是如此设定的。被动式建筑Utendorfgasse公寓的一个社会问卷调查显示,约77%的居住者认为浴室温度已经最优或者可以接受,23%认为一般。 为避免在所有的浴室中安装暖气片,可以设置一个电线接头,为以后使用热辐射器进行预留。这种做法可以按需快速达到所期望的温度,且鉴于浴室较短的逗留时间以及结合内置定时器,从能源角度是可以考虑的。 再加热调节器是由分别设置的综合控制器来进行控制的,其控制是由一个室内温控器将室内空气温度的预设值输入至再加热调节器实现的。为避免在新风加热的被动式建筑中的误操作,一定要推荐使用整合了体积流量的控制器。 2 房间温度差异目前已建造的被动式建筑中,各个房间存在温度差异的情况是不太常见的。在被动式建筑中一个常见的需求是,房间的温度差异可以实现。参考文件如[HÜB02]和[FEI046]中也描述,被动式建筑的居住者,常期望卧室的温度略低于其他房间的温度。
图47 Utendorfgasse公寓维也纳[Klomar事务所] 在装有供暖调节器旁路的卧室中的室内温度会比没有安装的卧室低1开尔文(Kelvin)。而装有供暖调节器旁路的房间,比使用侧开窗户来通风的房间室内温度高。且开窗通风的房间降温则完全不可控。 图48 两个卧室随时间变化的室内温度[SCH10] 运用含有混合空气盒的供暖调节器使卧室温度降低,带来能量节省在总量上很少。而开窗通风,实际上是在室内温度低于20°C时将窗户关上,此公寓和其相邻公寓的供暖热能耗会增加9%。 居住者调查中,研究了居住者对客厅以外房间室内温度的满意度(调查范围是77%,39个公寓中的30个)。问卷调查显示,90%的被调查者对于其房间温度满意,其结果与是否具有房间之间的温差无关。 室内没有房间温差的52.2%居住者,以及室内有温差的14.3%居住者都在卧室中进行持续的通风来达到期望温度。 如果52.2%的受调查者称在无房间温差情况下持续对卧室进行通风,那么当无人采取有房间温差时,整个公寓的供暖能耗提高了4.7%。 如果14.3%的受调查者称在有房间温差情况下持续对卧室进行通风,那么当所有房间均采取房间温差时,整个公寓的供暖能耗提高了1.3%。 在被动式建筑中,不采取房间温差和采取房间温差,其供暖能耗差异是3.4%。 含有混合空气盒的供暖调节器旁路,加上安装费用每个房间的成本约为700€。 综上所述可以得出以下的结论和答案: 问卷调查得出,90%的被询问者无论其是否具有房间温度差,均对除起居室以外的房间温度表示满意。 从能耗角度出发,采用房间温差性价比不高。所以其不应该作为一个标准配备,而应视为特别需求。 此研究结果是针对新风供暖的被动式建筑得出的,值得尝试的是,对一个由辐射器给房间供暖的被动式建筑进行相同观察,对其开窗通风的频率和热辐射器关闭频率进行研究。 3 防火设备多层住宅的防火比起独栋住宅的防火有更高的要求。当一栋楼从防火角度未定义成高层建筑(高防火要求),且热调节器,体积流量调节器等均设在吊顶里,通风井与管道井的一分为二就很重要。对于8000m2的多户住宅建筑里每个公寓的以下数据十分重要: 1.通风=垂直防火分区: •EI90 井墙 •井宽 内净宽 90cm •井深 内净宽 最少30cm使用方形管道 •井深 内径 最少40cm使用圆形管道 2.水管=水平防火分区 •井宽 内净宽 90cm •井深 内净宽 35cm不含(墙式)WC-水管的外附支架,不含比如公寓单元转接器外完成尺寸(不应低于20cm深) 当风管穿透防火墙或楼层板时,或主管道井通过楼梯间延伸至居住单位时,为了避免火势的蔓延或者威胁安全的烟雾蔓延,必须设置防火阀门。投资及维护角度适宜的方式为防火密封圈(保温层制成的防火阀门)结合冷烟阀门。是否设置防火阀门同时设置冷烟阀门必须与相关部门确定,因为通常此阀门会引起较大的压力损失。 4 送风和回风口(整流器) 在被动式建筑中,为客厅、卧室、儿童房间及其他的长时间逗留的房间送风可以选用远距喷嘴或者其他适宜空气喷嘴。由于这些喷嘴主要设置在前厅墙面上并可以将空气分散至足够远的位置,所以远距喷嘴可显著减少新风系统所须的管道长度。 图49 远喷喷嘴[S&P] 回风设置在厨房、浴室、厕所或视情况也可以在储物间。在盘式气阀之前或回风管线中按常规会设置粗颗粒过滤器,此做法常见于标准住宅建筑中,却会引起较大的压力损失与耗电量且无法维修。 图50 盘式气阀 上述的送回风方式确定了室内的空气流向。 在被动式建筑Utendorfgasse公寓中实施的“烟雾实验”(如图51)显示公寓中的新鲜空气的分流情况如下。远距喷嘴能分流至5m左右进深。在“冬季”运行温度和与其匹配的新风体积流量条件下,新鲜空气迅速贴着天花散播至整个房间而后均匀沉降,厨房转弯的角落即使没有安置排风口也能达到。 模拟“夏季”运行时,被送入较冷空气迅速与室内空气混合并蔓延至整个层高。远距喷嘴的另外一个优点是,需要在公寓大门的上方设置时也不会有显著的气流短路出现。如使用送风百叶代替远距喷嘴,虽然并没有用很大的压力,其结果并却没有显著区别。而盘式气阀时新风没有均匀在室内散布,空气贴天花均布整个房间的进程(康达现象Coanda-Effekt)没有出现。因此盘式气阀仅可设置在回风线路作为吸风阀使用。 图51 喷烟实验照片[peter Wagner] 5 溢流开口在送风区域如客厅,儿童房,卧室以及回风区域如浴室,厨房,厕所等的空气运输中,会在如前厅等地方出现溢流区域。气流从送风区域如客厅,儿童房,卧室等房间向回风区域如浴室,厨房,厕所等房间流动形成了溢流区域,如前厅。 故需设置门上通风百叶、门框和墙体之间缝隙等形式的溢流口。最实惠的解决方式为在加大门下缝隙,即按过风面积要求相应缩短门扇。加大门下方缝隙来溢流的缺点是,后期类似铺设地毯或做底板面层接缝压条时过风口容易被堵上。 在溢流缝处的压力损失/压力降低不应该超过1Pa[FEI96]。如压力下降不可测,则在门缝相似的缝隙以空气最大流速为1m/s作为限制条件。设置溢流缝时要注意在浴室的浴缸前、淋浴前及盥洗盆前的站立位须防止窜风。内墙内门的噪音防止要求适用于溢流缝。 溢流缝尺寸是由内装修设计并实施的,在门板下方设溢流缝,应该提前知会门的安装者。 溢流缝缺失或大小不合适,会在送风和回风区域形成明显的压力差。此压力差可以导致送风区域的空气经建筑外壳流出以及反之在回风区域流入。溢流缝缺失可引起在建筑物外表上未经过热回收的空气渗入及渗出。[FEI96]由于被动式建筑极其密封的建筑外表,溢流缝的压力损失相对于含通风设备的传统建筑会更大。 6 调控 近年来在以新风供暖的被动式建筑中采暖通风分离调控装置得到应用。新风供暖的热能受到传输热量的空气体积流量的影响。使用者常对其相关性并不了解,而导致误操作:温度调控器调至最高档位时新风却被关闭。 图52 温控器和新风控制器,暖风分离调控[S&P] 不久之前各供应商开始提供综合设备,可以对空气体积流量和再加热调节器在一个设备上进行控制。这个解决方式的优点是不会引起两种功能的过量调节。电子调节器的耗电量也是被动式建筑的一个十分重要的主题。 图53 温控器和新风控制器 调节设备设计简洁且容易操控,可以避免上述的错误操作。其必须清楚显现设备处于的运行状态,所以控制器必须具有良好的可视化,表达清晰以并易于辨析。 为了方便操作,室内调控器应对各个档位进行单独的标示。通常可按照下面所示的运行档位进行选择: • 最小值,0档新风设备关闭状态或空气体积流量最小化运行 • 常规使用,1档≤0.3次的空气换气率运行 • 加大换气量,2档≤0.4次的空气换气率运行 • 最高值,3档≥0.6次的空气换气率运行 须通过使用者在冬季及夏季对于各个档位的调节说明如下[BUW08a]: 冬季运行 运行状态最小值,0档 在0档的情况下,空气体积流减至最低换气率。此设置只适用于长期无人状况(如度假等)和夏季白天的辅助开窗通风情况。 运行状态常规使用,1档 1档适用于冬季和过渡时节的常规室内空气负荷。其通用于白天和黑夜。 运行状态加大换气量,2档 针对较高室内空气负荷(如有人拜访等),当温控器上所设的目标温度在1档状态下不能达到时,可换至2档。 运行状态最高值,3档 对于大幅增加的室内空气负荷或短时间高换气需求(如烹饪或早晚通风等)可以设置3档运行。 夏季 最重要的是,使用者必须清楚,新风机组并不是空调且不具备空调的制冷功能。 运行状态最小值,0档 0档运行时,空气体积流量降低至最小。当白天室外空气特别炎热时,将新风机组从一早开始就限值在必要的空气量运行是具有实际意义的(在过渡季节的较热阶段亦推荐如此运行)。在新风机组设置最小值档位时,如同“传统”建筑物,此时所需的换气是由开窗通风来确保的。日间换气应限制在空气卫生要求的通风量。在炎热的阶段必须注意避免透过窗户入射的太阳光射线(利用外遮阳) 长时间无人状态下应设置此运行状态(如度假等)。 运行状态正常使用,1档 此运行状态在夏季不必使用。 运行状态加大换气量,2档 此运行状态在夏季不必常用。当房间空气负荷稍有提高时可短暂设置2档运行。 运行状态最高值,3档 此运行种类在夏季不必常用。当有较高的室内空气负荷时,通风机组可短暂设置3档运行。 炎热的夏季夜晚通常会有显著的降温。此时夜间(约20:00~8:00)应采用开窗通风。新风应设置在“0档”运行。 最合理的是以CO2含量控制新风机组运行,来代替常用的手动调节。据推测,相对于手动控制运用CO2感应器调节换风量可节省约30%的电能。设计中应把采用CO2调控器对比手动控制所产生的额外成本列出以便对照。 7 循环空气-油烟机 厨房内设有抽油烟机,其并不接入“常规”排风系统,而是通过循环空气设备解决(使用油烟及活性炭过滤器作为异味过滤器)。此做法其原因在于,一方面保护用于热回收的热交换器不被厨房废气污染。另一方面,油烟机的体积流量远高于普通的送风,如油烟机并入排风系统,排风管道尺寸需要大幅增大。 8 管道尺寸出于成本考量,多层建筑中常采用折边连接风管。在额定体积流量下,管道尺寸的基准值是在管道中的气流速度最高为3m/s,局部区间也可低于此基准值。唯有将空气流速控制在此范围内,才可以满足被动式建筑所要求的新风机组风机的低耗电和低噪音水平。为尽量降低管道压力损失和其耗电,尝试尽量优化管道铺设,尽可能减少接头,或选择恰当的管道弯角和铺设方式。 9 管道保温绝大部分风管会穿过管井以及各个居住单位的吊顶。当管道穿过建筑物低温区域时,必须对其保温。建筑物隔热外表之内的送风、排风低温管道同样必须进行完善的保温。将风管从地下室的系统中枢穿越整个保温区域连接到屋顶的做法要尽量避免。反之计算时需要注意其导致的巨大热损耗对于建筑物热能耗损害。缩短设备与外界间的管道是最佳方案。另一种可能是在屋顶设置保温层内的新风机组或者选用通过认证的外置新风机组。 对于不采暖的建筑物部位,如垃圾房、通往地下车库的前室,地下车库等,以及其他需要通风换气空间,其通风管道不能连通被动式建筑含有热回收功能的新风系统,并且不能随意穿越建筑物的“隔热外表”。如有不可避免的穿过“隔热外壳”的铺设,则此风管,特别是高换气率风管必须具有特别好的保温。 鉴于多层住宅建筑的建筑隔热外表通常采取30cm的保温厚度,按经验,上述提及风管的保温厚度至少应为20cm,而最好大于30cm。 在以新风供暖的被动式建筑中,末端加热器之后的暖风管应设置至少2cm的保温层。无保温会导致风管内的热量流失到其穿过的,比如走廊前厅等溢流空间,而热量却不能完全送至目标位置。新风口之前失控的热损耗将导致新风供暖的房间得不到足够的热量。 管道的较厚保温层须尽量使用无热桥保温卡箍固定。如果采用不带保温管道夹,则在1m的装配间距上额外附加1~3cm的保温,以平衡由未保温的管道固定夹引起的热损失。 10 机组的放置地点依目前的知识技术水平,当机组置于“隔热外表”之外时,是无法达到合格的热回收效率等级的。问题表现在新风机组不可控的室外接缝以及与其导致的与室外较冷空气的混合。后果则是外置新风机组的热回收率会大打折扣。由于设备是在室内温度条件(实验室温度)下接受检测的,鉴于目前常见的检测方法,无法提供可信的外置可靠性。即使个别的供应商提供了实测的外置机组成功运行案例,但鉴于目前条件,仅推荐在建筑物隔热外表以内设置机组。 11 楼梯间送风 为避免居住者从十分舒适的房间(公寓)走出时,察觉到楼梯间的污浊的空气[FEI02],楼梯间须满足一个0.15倍的最小换气率。楼梯间的通风与新风机组的中央热回收相连,原则上送风口设在底层而回风口在顶层。 4 存放,安装,调试运作和验收新风机组的送货,存放和安装直至常规调试使用要满足以下的苛刻条件,以保障在调试之后不会产生卫生问题。安装进程中必须始终确保新风机组的清洁。以下的要点无论如何必须特别加以注意[FEI99]: 风管的室内存放必须加以薄膜覆盖(粘贴或塞住),以防污或防灰; 管道在安装之前必须擦拭干净,至安装结束前其开口处需密封; 所有管道在开始运行前应全程无尘,在施工间隙和室外存放时,无论如何必须使用尼龙薄膜或类似物品粘贴封口; 完工前安装完毕的风扇不允许投入使用。其配备的电路保险须全程防止开启。 建造阶段中的被污染的过滤器,在机组运行调试之前必须更换。 以下为对风管网络的附加提示: •可能形成冷凝水的管道(外部风管,潮湿房间的回风管,通风管道,热回收器的热交换板等)至少在其下方区域进行防水处理及采用带开关的泠凝水排水套管。 •风管网络的气密性必须符合由EN12237和1507规定的C等级 •在顶起调试时必须对整个新风机组进行调试和登记。 在EN12599建筑物的通风,室内空气机械设备交付的考核和测量方法[OEN000]中,对考核项目,考核方法和对已安装的室内空气机械设备可维护性的检测,检测设备针对交付使用做出了规定。根据规范标准,完整性校验(确保RLT设备完全按照合同所述建造),功能校验(设备运行校验),功能测量(参照统计原则检验,设备是否达到其设计参数)及特殊的测量并归纳出总结报告。 例如机组设备的设计空气体积流的校准和在外部对空气体积流量对照设置值进行抽样检测。接下来是风管密封性检查,此时检测位置按照EN13779的检验标准须保持其可达性。新风系统在各个居住单位的部件均需要被检验,其中包含末端加热器和通风调节器。机组设备在整个建筑的清洁工作完毕之前绝对不允许运行。验收之前或在验收过程中,必需确认过滤器是更换过的(新的)所有的校验必须在交付使用之前进行,对于不合格的结论,责任不允许转嫁给使用者。 本文摘自建学丛书增刊《低成本多层被动式住宅》,绿色建筑研习社已取得本书连载授权,转载必究。建学建筑与工程设计所有限公司致力于绿建及超低能耗建筑设计,现已建成和在建PHI认证标准项目共4项。 【未完待续,请持续关注】 上一篇: 通知 | 超低能耗建筑工程专业技术培训
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