跟著菲斯特教授學(xué)被動(dòng)房【七】

《德國(guó)被動(dòng)房基礎(chǔ)理論》課程，共8節(jié)，由德國(guó)被動(dòng)房研究所沃爾夫?qū)し扑固亟淌谥v授，沈陽(yáng)建筑大學(xué)夏曉東講述，柴澤賓翻譯，沈陽(yáng)建筑大學(xué)建筑節(jié)能技術(shù)研究中心錄制。本課程已獲授權(quán)，轉(zhuǎn)載必究。

第七節(jié)   機(jī)械通風(fēng)

課程PPT及講義

【P1】

上一節(jié)課我們介紹了通風(fēng)的必要性，這節(jié)課我們介紹機(jī)械通風(fēng)里面的一些技術(shù)基礎(chǔ)。

【P2】

要想解決機(jī)械通風(fēng)問(wèn)題，首先就需要一個(gè)風(fēng)扇讓空氣產(chǎn)生直接的流動(dòng)，同時(shí)風(fēng)還需要有進(jìn)口和出口，然后在風(fēng)口上安裝風(fēng)百葉。

如果要達(dá)到一個(gè)舒適的通風(fēng)效果，我們需要在送風(fēng)和排風(fēng)之間達(dá)成一個(gè)平衡，涉及以下幾方面的內(nèi)容。第一就是需要一個(gè)很好的設(shè)計(jì)；第二是送風(fēng)管道的組織；第三是排氣管道的組織；第四是進(jìn)風(fēng)口、過(guò)渡區(qū)的溢流口、排風(fēng)口；第五是室內(nèi)空氣質(zhì)量和空氣過(guò)濾器；第六是排風(fēng)的熱回收系統(tǒng)；第七就是設(shè)備的降噪。我們這里所說(shuō)的通風(fēng)就是單純的機(jī)械通風(fēng)，不包括對(duì)新風(fēng)的加熱或制冷。

【P3】

我們之前看過(guò)這張圖，由左向右，分別是主要使用空間、過(guò)渡空間和次要使用空間，相對(duì)應(yīng)的就是送風(fēng)區(qū)、過(guò)渡區(qū)和排風(fēng)區(qū)，為了使空氣能夠在三個(gè)區(qū)域之間流動(dòng)，在隔墻或房門(mén)上需要設(shè)置溢流口，這樣才能使空氣按照設(shè)計(jì)的方式流動(dòng)。

【P4】

要想組織好通風(fēng)，首先就要在建筑圖中明確哪些空間是送風(fēng)區(qū)，哪些空間是排風(fēng)區(qū)，哪些空間作為過(guò)渡區(qū)。我們來(lái)看一個(gè)建筑的案例，這是一棟兩層建筑的剖面圖，這是一個(gè)四口之家。

【P5】

我們?cè)賮?lái)看一下這棟建筑的平面圖，下面是一層平面，上面是二層平面，那么總體的原則就是主要使用空間都應(yīng)該是送風(fēng)區(qū)，例如臥室、起居室、客廳等空間，這樣的空間我們用淺綠色標(biāo)記出來(lái)；排風(fēng)區(qū)一般就是會(huì)產(chǎn)生污濁空氣的輔助空間，例如衛(wèi)生間、廚房、儲(chǔ)藏室等，我們用淺紅色標(biāo)記出來(lái)；過(guò)渡區(qū)一般就是室內(nèi)的交通空間，也就是過(guò)道、樓梯間、過(guò)廳等，我們用淺藍(lán)色標(biāo)記出來(lái)。

【P6】

明確了送風(fēng)區(qū)、排風(fēng)區(qū)和過(guò)渡區(qū)之后，我們來(lái)看一看送風(fēng)的量，在德國(guó)呢使用的是DIN 1946這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，也就是每人每小時(shí)20-30m3的新風(fēng)量。當(dāng)然在中國(guó)也有我們自己的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)排風(fēng)的規(guī)定是，廚房60立方米每小時(shí)，浴室40立方米每小時(shí)，小衛(wèi)生間或其他的小空間20立方米每小時(shí)，當(dāng)然允許有20%的浮動(dòng)量。在前面提到的四口之家的案例中，那么所需要的新風(fēng)量就是120立方米每小時(shí)，排風(fēng)的量之和也在120立方米每小時(shí)，這里需要注意的是，新風(fēng)量和排風(fēng)量大致是要平衡的，如果案例中變成6口之家，送風(fēng)量變成了180立方米每小時(shí)，相應(yīng)的排風(fēng)量也是需要進(jìn)行調(diào)整與進(jìn)風(fēng)量要平衡。

【P7】

確定了風(fēng)量之后，我們需要對(duì)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，這里是一個(gè)被動(dòng)房建筑的新風(fēng)系統(tǒng)組織案例，圖中藍(lán)色的是排風(fēng)管路組織，紅色的是送風(fēng)的管路組織。我們來(lái)看一下建筑的平面圖，平面圖中這是一個(gè)衛(wèi)生間，衛(wèi)生間的上方是管道井，管道井上方是一個(gè)廚房，圖面的右上方房間和下方兩個(gè)房間都是主要使用空間，中間是一個(gè)過(guò)道，那么我們來(lái)看一下管道是如何布置的，首先主要使用房間都需要送風(fēng)，紅色的送風(fēng)管從管道井內(nèi)的主管道分支出來(lái)，從衛(wèi)生間的頂棚水平布置，然后穿過(guò)隔墻并向三個(gè)主要房間分出送風(fēng)管，右上角的圖片就是風(fēng)管布置的照片。

房間內(nèi)風(fēng)口的位置就在墻壁上，我們可以看一看下面的圖片，不需要向室內(nèi)再延伸，同樣可以滿足要求，這樣可以節(jié)省風(fēng)管，同時(shí)不影響主要房間的天花。排風(fēng)的組織是在衛(wèi)生間內(nèi)和廚房的墻壁上各設(shè)置一個(gè)排風(fēng)口，匯集在一起后進(jìn)入管道井的主排風(fēng)管，管道轉(zhuǎn)彎有降噪的功能，因此我們可以看到管道布置都是有彎的。

【P8】

送風(fēng)口的選擇上，最好是貼墻壁的長(zhǎng)風(fēng)嘴兒風(fēng)口，這種出風(fēng)口的百葉是向上翹的，可以引導(dǎo)氣流向上，以一個(gè)很小的角度吹到天花板上，這樣可以使天花板當(dāng)成是擴(kuò)大的風(fēng)管，下面的剖面圖是風(fēng)口出風(fēng)后的氣流軌跡，這樣新風(fēng)可以貼著天花板送到房間的深處，這個(gè)是流體力學(xué)里的康達(dá)效應(yīng)。

這個(gè)方法非常好，它既可以節(jié)省通風(fēng)管道的長(zhǎng)度，又可以不影響室內(nèi)天花的布置，不需要吊頂，沒(méi)有減小房間的凈高，所以是一個(gè)非常好的方式。

【P9】

下面我們?cè)賮?lái)看一個(gè)被動(dòng)房的通風(fēng)案例，這是早期費(fèi)斯特教授和另外一位教授的實(shí)踐案例，這是一張平面圖，下面的空間是起居室，中間有一部通向二樓的樓梯，樓梯的上面是一個(gè)小衛(wèi)生間，最上面是廚房和餐廳，這個(gè)建筑起居室和餐廳需要送風(fēng)，衛(wèi)生間和廚房需要排風(fēng)。

【P10】

現(xiàn)在我們來(lái)看一下放大比例的圖，圖中黑色的是送風(fēng)管線，綠色的是排風(fēng)管線，這個(gè)設(shè)計(jì)中管線基本上布置了最短的距離。

【P11】

在這個(gè)案例中，我們通過(guò)煙來(lái)測(cè)試風(fēng)口的康達(dá)效應(yīng)，康達(dá)效應(yīng)是流體（水流或氣流）有偏離原本流動(dòng)方向，改為隨著凸出的物體表面流動(dòng)的傾向。當(dāng)流體與它流過(guò)的物體表面之間存在表面摩擦?xí)r，只要曲率不大，流體就會(huì)順著該物體表面流動(dòng)。

大家可以看到風(fēng)從風(fēng)口出來(lái)后，向天花板靠近，進(jìn)入到房間的深處與室內(nèi)空氣混合，這個(gè)風(fēng)口布置得稍微低了一點(diǎn)，是由于風(fēng)管是在樓梯的下面穿過(guò)來(lái)的，所以沒(méi)有向上布置的空間了，實(shí)際上我們建議風(fēng)口可以再向上一些，效果會(huì)更明顯。這就是為什么不需要在室內(nèi)布置的到處都是管線的原因。

所以在通風(fēng)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該具備一些理論知識(shí)，這樣可以在工程中節(jié)省很多材料和人工成本。

【P12】

下面我們介紹一下新風(fēng)送到室內(nèi)之后，是如何溢流到過(guò)渡區(qū)的。這是一堵內(nèi)隔墻的剖面圖，棕紅色的部分是門(mén)和門(mén)口，如果門(mén)是敞開(kāi)的，氣流可以通過(guò)門(mén)自由地流動(dòng)到過(guò)渡區(qū)，但如果門(mén)是關(guān)上的，就需要一個(gè)通道使空氣通過(guò)，如果室內(nèi)門(mén)氣密性也很好的話，就需要在門(mén)口處留一些2-3cm寬的縫隙，在里面填上一些隔聲的材料。當(dāng)然，我們的門(mén)縫也可以作為氣流通過(guò)的通道。

【P13】

下面我們來(lái)看一看通風(fēng)的熱損失，一般情況下，通風(fēng)的風(fēng)量我們用V`eq表示，它的單位是立方米每小時(shí)，冬季，從室外進(jìn)來(lái)的新風(fēng)是帶著室外溫度的，也就是說(shuō)他把低溫空氣帶進(jìn)了室內(nèi)，從室內(nèi)排出的空氣是室內(nèi)溫度，它是帶有熱量的，這就是空氣中的熱密度，也就是這個(gè)ρcp，它的單位是”瓦時(shí)每立方米每度”。

熱損失系數(shù)Hv，就等于風(fēng)量乘以熱密度，消掉單位后，他的單位是瓦每度。這里呢可以認(rèn)為這個(gè)ρcp是個(gè)定值，他的值是0.34。那么，通風(fēng)熱損失的量就是用熱損失系數(shù)乘以溫差乘以時(shí)間，得出單位kWh。

我們來(lái)看剛才那個(gè)四口之家的例子，我們按照冬季的條件，那么通風(fēng)熱損失就等于空氣中的熱密度0.34乘以新風(fēng)量120再乘以室內(nèi)外溫差17攝氏度再乘以運(yùn)行時(shí)間5000小時(shí)，得出3400kWh，這是沒(méi)有熱回收的情況下，由通風(fēng)帶來(lái)的熱損失。

【P14】

前面我們講的風(fēng)量是通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)方式的風(fēng)量，實(shí)際室內(nèi)外的換氣量還包括空氣滲透量和開(kāi)窗的通風(fēng)量。也就是說(shuō)雖然我們建筑的氣密性很好，但是還會(huì)有空氣滲透進(jìn)來(lái)，而開(kāi)窗通風(fēng)更是難以計(jì)算風(fēng)量，因?yàn)椴淮_定的因素太多。

如果沒(méi)有新風(fēng)系統(tǒng)，冬季不得不把外窗打開(kāi)，如果安裝了新風(fēng)系統(tǒng)，那么冬季也就不需要開(kāi)窗了。如果新風(fēng)機(jī)組具有熱回收功能，熱回收效率達(dá)到80%以上的話，這個(gè)通風(fēng)熱損失就變成了現(xiàn)在的20%，也就是680kWh。由此可見(jiàn)新風(fēng)系統(tǒng)的熱回收率越高，通風(fēng)的熱損失就越小，如果熱回收率能夠達(dá)到90%，那么通風(fēng)熱損失就變成了340kWh。

【P15】

下面我們來(lái)看一看在一棟多層建筑中新風(fēng)系統(tǒng)是如何組織的，這是在奧地利因斯布魯克的一棟建筑，他是一棟認(rèn)證過(guò)的被動(dòng)房，這種風(fēng)管從機(jī)房出來(lái)，通過(guò)豎向管道井的方式到達(dá)各層房間。右下角的圖片就是新風(fēng)機(jī)組，有四個(gè)口，一個(gè)室內(nèi)的送風(fēng)口，一個(gè)室內(nèi)的排風(fēng)口，一個(gè)室外的進(jìn)風(fēng)口，一個(gè)室外的排風(fēng)口，中間六邊形的就是熱回收裝置，上面是它的示意圖。

【P16】

下面我們來(lái)放大看一下，它的熱交換原理是把排風(fēng)中的空氣熱量交換給室外進(jìn)來(lái)新風(fēng)，被加熱的新風(fēng)通過(guò)送風(fēng)管線送至室內(nèi)房間，排風(fēng)把熱量交換給新風(fēng)之后排出戶外。這兩個(gè)方向的氣流是交叉流動(dòng)的，所以才能進(jìn)行熱交換，熱交換的通道越長(zhǎng)，熱交換率也就越高，同樣造價(jià)也就越高。

【P17】

我們來(lái)看一下，一個(gè)帶有熱回收的新風(fēng)機(jī)組的溫度分布圖，室外低溫的新鮮空氣由下面進(jìn)到機(jī)組內(nèi)的熱交換器中，室內(nèi)的排風(fēng)帶著高溫的空氣進(jìn)入到機(jī)組的熱交換器中，兩股氣流在熱交換器里面相向而行，進(jìn)行熱交換，這個(gè)溫度分布圖就反映出了空氣的溫度情況，經(jīng)過(guò)熱交換的新鮮空氣行進(jìn)到熱交換器的末端的時(shí)候就接近了室內(nèi)排風(fēng)的溫度，同樣排出的氣流在出口處也接近了室外溫度。這就是這個(gè)機(jī)組的實(shí)景照片，機(jī)組左下角進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置有過(guò)濾網(wǎng)。

【P18】

這里我們講一下熱回收裝置的效率，被動(dòng)房要求有高熱回收率的新風(fēng)系統(tǒng)，這是一張圖表，他的橫軸是用能設(shè)備的空氣交換率，它近似相當(dāng)于1-機(jī)組熱交換率η，縱軸是建筑采暖的能量需求，沒(méi)有熱回收的新風(fēng)系統(tǒng)在0.4-0.5左右，它對(duì)應(yīng)的能耗是很高的在40kWh每年每平米，歐洲老式的熱回收機(jī)組在0.2-0.35左右，它對(duì)應(yīng)的能耗稍微低了一點(diǎn)，但是這種老式的機(jī)組的耗電量要高于熱回收的能量，所以在當(dāng)時(shí)也遭到了很多質(zhì)疑；

新一代的熱回收裝置，他的熱回收效率可以達(dá)到75%-95%，而且設(shè)備耗電量還非常低，大家知道被動(dòng)房的能耗值是控制在15kWh每年每平米的，這就要求新風(fēng)機(jī)組的熱回收率是非常高效的。熱回收率越高，建筑采暖能耗需求也就越低。在歐洲高熱回收率的新風(fēng)機(jī)組已經(jīng)是主流產(chǎn)品了，效率比較低的設(shè)備是逐漸被淘汰掉的，也比較少。

【P19】

新的新風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)品通常需要認(rèn)證，這是被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新風(fēng)機(jī)組的控制標(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)新風(fēng)舒適度的要求，在-10攝氏度時(shí)進(jìn)入室內(nèi)的溫度應(yīng)該在16.5攝氏度，熱回收效率要達(dá)到75%以上，第三設(shè)備自身不能太費(fèi)電；第四，前面我們提過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的延伸，那么機(jī)組需要保證氣密性和保溫性能，第五，風(fēng)量的控制應(yīng)該分檔可控；第六是對(duì)機(jī)組噪聲的控制，在25-35分貝；第七室內(nèi)空氣質(zhì)量，需要有過(guò)濾裝置；第八，當(dāng)室外溫度很低的時(shí)候應(yīng)該防止結(jié)霜。實(shí)際上還有更多的性能款項(xiàng)需要檢測(cè)，這里只是一部。

【P20】

這是對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)熱回收效率的監(jiān)測(cè)，這是前面講到風(fēng)管布置時(shí)，風(fēng)管打彎進(jìn)入房間的那棟被動(dòng)房建筑，他的平均值能夠達(dá)到83%。

【P21】

對(duì)這棟建筑我們還監(jiān)測(cè)了相對(duì)濕度，濕度基本可以控制在30%-60%之間。室內(nèi)相對(duì)濕度和風(fēng)量的關(guān)系是是呢么？大家還記得前面講過(guò)30立方米每人每小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，如果我們將它增大到50m3，相對(duì)濕度將下降到30%以下，如果減小風(fēng)量到15m3，相對(duì)濕度會(huì)50%以上。

【P22】

最后我們介紹一下，室內(nèi)空氣品質(zhì)中的粉塵顆粒物等，我們常說(shuō)的PM2.5就是空氣中的顆粒物，顆粒物對(duì)人的健康損害是比較大的，大家知道霧霾天的上呼吸道感染病例急劇增加，就是這方面的影響。所以要求進(jìn)風(fēng)的時(shí)候需要過(guò)濾，過(guò)濾的標(biāo)準(zhǔn)是，過(guò)濾PM1.0要達(dá)到80%以上；排風(fēng)也是需要過(guò)濾的，標(biāo)準(zhǔn)是過(guò)濾PM10要達(dá)到50%以上。

這里要說(shuō)一下，氣密性比較差的房子，過(guò)濾是沒(méi)有太大用處的，因?yàn)轭w粒物隨著空氣會(huì)滲透進(jìn)室內(nèi)。霧霾天氣，過(guò)濾是很有必要的，但是很快過(guò)濾網(wǎng)會(huì)被過(guò)濾下來(lái)的顆粒堵死，因此需要不定期更換或清理過(guò)濾網(wǎng)。

以上就是我們介紹的一些通風(fēng)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，目的是了解通風(fēng)的重要性和被動(dòng)房對(duì)通風(fēng)的要求。

好，這節(jié)課我們就介紹到這里，謝謝！

點(diǎn)擊回看：第一節(jié)   被動(dòng)房概述

點(diǎn)擊回看：第二節(jié)   圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱

點(diǎn)擊回看：第三節(jié) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性

點(diǎn)擊回看：第四節(jié) 建筑外門(mén)窗

點(diǎn)擊回看：第五節(jié) 避免熱橋

點(diǎn)擊回看：第六節(jié) 建筑通風(fēng)