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绿色科技馆冬季应用被动通风的可行性分析杭州市城建设计研究院有限公司王逸侃摘要建筑物利用被动通风系统，减少空调的使用时间，达到建筑节能的效果，通过分析计算，被动通风的节能率一般在3-5%左右；如何通过对现有系统进行一些改进，扩大被动通风的使用范围--尤其是冬季的使用，以取得更多的节能效果。关键词被动通风，节能，可行性分析1.问题提出绿色科技馆设计利用被动通风系统，充分利用室外的干凉空气来带走室内的余热余湿，在保证室内环境舒适度不下降的前提下，尽量减少空调的使用时间，达到建筑节能的效果。中国建筑科学研究院上海分院对大楼的被动通风进行了数值模拟，得出的结论是：杭州的气象条件下，绿色科技馆被动通风的节能率为3-5%，这还是一个比较乐观的数据，实际应用一般达不到这个值。其实我们知道，被动通风系统是我们这个工程的亮点之一，设计和安装投入是相当大的，而它对建筑节能率的贡献却比我们想象的要小得多，未免有点儿遗憾。如何通过对现有系统进行一些改进，扩大被动通风的使用范围，以取得更多的节能效果。冬季被动通风的原理是这样的：冬季，由于室内温度比室外空气温度要高很多，此时，被动通风的动力是比较大的，于是我们想利用被动通风的抽力，把加热后的新风通过被动通风的通道送入房间，加热房间后再由被动通风的通道排出室外。为节约能源，进入房间的加热空气的流量以新风量为设计风量，排风可以用来加热走道和中庭。加热新风的热源由地源热泵机组来提供。2.可行性分析本工程采用的空调系统为温湿度独立控制系统，室内空调显热负荷由地源热泵机组负担，新风空调负荷和室内潜热负荷由热泵式溶液调湿新风机组负担。通过空调负荷计算，本工程冬季空调热负荷为232KW，其中室内热负荷为92KW（不包括新风），设计选用一台地源热泵机组，制热量约为120KW左右。要想在整个冬季都靠被动通风来实现大楼的空调是不可能的，于是我们设想适当的提高空调室外计算算温度，降低室内空调温度，看在什么工况下，大楼的空调热负荷和地源热泵的制热量相当。在这里，我们首先提出亚舒适环境的概念，杭州地区冬季空调计算室外温度为-4℃，舒适性空调室内设计温度为20℃；当室外温度上升时，我们认为适当的降低室内设计温度（比如18℃），在舒适性方面不会下降很多，基本满足人体的舒适性标准，这就是亚舒适环境的概念。另有文献表明，由于顶棚辐射供暖是在辐射强度和温度的双重作用下对房间进行供暖，形成较合理的室内温度场分布和热辐射作用，可有2～3℃的等效热舒适度效应，因此即使房间设定温度降低2℃，也不会影响人体舒适性。2.1下面我们进行冬季空调负荷计算，设计要求如下：（计算结果见下表）2.1.1办公、会议、接待等设计温度为16-18℃；一层门厅、展厅和四层档案室设计温度为16℃；走道空调不考虑。2.1.2.空调室外计算温度取-4℃~4℃。2.1.3房间内相对湿度不控制。2.1.4加热后的新风温度取26℃，与室内设计温度差在8-10℃。不同室外温度和室内温度下的空调热负荷（KW）（湿度不控制）室外温度室内温度-4℃-2℃0℃2℃4℃16℃1891671441219718℃211189165142115从上表可以看出，当室外温度为4℃，室内设计温度为18℃时，大楼空调热负荷为115KW，这刚好是一台地源热泵机组的制热量（120KW）。也就是说，冬季当室外温度不低于4℃时，完全可以利用被动通风系统来实现大楼的空调采暖。杭州参考气候资料1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均最高气温7.78.612.718.623.527.231.631.527.222.316.710.6平均气温3.74.68.514.219.223.427.827.723.618.312.46.1平均最低气温0.51.55.110.615.720.324.824.720.514.78.12.4上表是杭州市的参考气候资料，全年最冷月一月份的平均气温为3.7℃，12月、2月和3月份的平均气温均大于4℃；也就是说，整个采暖季室外温度大于4℃的天数还是相当多的。冬季新风加热系统设计（图纸见附图）：2.2加热盘管的设计：2.2.1进风温度：4℃；2.2.2出风温度：26℃；2.2.3风量：按所负担房间的新风量选；2.3.4加热水进水温度：35℃；2.3.5加热水出水温度：32℃；2.3.6新风流过加热盘管的阻力尽量小；2.3.7控制：每个加热盘管回水总管设一个动态平衡电动调节阀，出风设一个温度传感器，设定温度为26℃，根据设定温度自动调节阀门的开度。2.3房间温度的控制：2.3.1每个房间设温度传感器，根据房间设定温度18℃控制进出房间的风量调节阀的开启度。2.3.2为保证房间的新风量，房间的进风量是有一定要求的，所以当室外温度高于4℃时，房间所需的热负荷就降低，这时就要通过降低加热盘管的出风温度来满足大楼的使用要求。2.3.3不用的房间可以通过关闭进出房间的风量调节阀来达到节能的效果，同时可以给别的房间提供更多的热量，即便在室外温度低于4℃的情况下，大部分办公房间满足舒适性要求。2.3.4从负荷计算上可以看出，在计算工况下，大部分办公房间新风提供的热量与房间所需的热负荷持平；个别办公房间由于建筑外墙较多，新风提供的热量略小于房间所需的热负荷，可以通过适当加大新风量来保证房间的温度要求；而对于人员较多的会议室、接待室等房间新风提供的热量远大于房间所需的热负荷，可以通过减少新风的送入量或适当降低新风的送入温度来保证房间的舒适度要求。2.4冬季采用被动通风系统的节能效果：2.4.1在温湿度独立控制空调系统中，热泵式溶液调湿新风机组的用电量约占了空调系统能耗的70%左右，即使在部分负荷工况下，其耗电量也是相当大的。冬季采用被动通风空调方式后，新风由被动通风方式来提供，因此热泵式溶液调湿新风机组的用电量就可以省下来了。这可是一个不小的数字。原设计工况下冬季室外温度-4℃时，空调用电量为20W/m2；冬季室外温度4℃时，空调用电量为16W/m2；利用被动通风冬季室外温度4℃时，空调用电量为6W/m2。由此可以看出，冬季利用被动通风节能效果是相当明显的。2.4.2冬季采用被动通风空调方式，大大提高了地源热泵机组的负载率，使机组在接近满负荷情况下运行，运行效率大大提高。2.4.3由于冬季地源热泵机组的负载率和使用率大大提高，减少了冬夏季土壤的热不平衡，有利于地源热泵系统长期高效、稳定的运行。3.结论：3.1冬季应用被动通风系统实现大楼的供热在特定的气候条件下是可行的。冬季当室外气温大于4℃时，在不考虑走道、中庭等处的空调，适当降低房间的设定温度，大楼的空调负荷与现有地源热泵机组冬季的制热量相吻合。3.2大楼的被动通风是按过渡季设计的，在冬季工况下，室内外温差较过渡季大，因此冬季的被动通风效果是可以保证的，为防止通风量过大，造成能源的浪费，可以通过调节阀门的开度来调节通风量。3.3房间的温度控制可以通过以下三步实现：第一，通过调节进出房间的风阀的开度来调节新风量，从而调节房间温度；第二，通过调节新风加热盘管温控调节阀的开度，来调节进入盘管的水量，从而保证新风的出风温度；第三，根据室外气温来设定新风加热盘管的出风温度，在保证新风量的同时，防止室温过高。3.4在设备投入上，除了增加新风加热盘管、空调水系统及温控阀门外，其余设备及控制系统均沿用原先被动通风系统，增加的投资不大。3.5节能效果：当冬季室外温度4℃时，按原系统运行，空调用电量为16W/m2；利用被动通风冬季室外温度4℃时，空调用电量为6W/m2；由此可以看出，冬季利用被动通风节能效果是相当明显的。参考文献：[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008[2]江亿主编，薛志峰等著.超低能耗建筑技术及应用.1版.北京：中国建筑工业出版社，2005[3]徐吉浣，寿炜炜主编.公共建筑节能设计指南.1版.上海：同济大学出版社，2007[4]YingchunJi,KevinJ.Lomas,MalcolmJ.Cook.HybridventilationforlowenergybuildingdesigninsouthChina.BuildingandEnvironment44(2009)2245-2255[5]KevinJ.Lomas,MalcolmJ.Cook,DusanFiala.LowenergyarchitectureforasevereUSclimate:Designandevaluationofahybridventilationstrategy.EnergyandBuildings39(2007)32-44[6]BirgitKrausse,MalcolmJ.Cook,KevinJ.Lomas.Environmentalperformanceofanaturallyventilatedcitycentrelibrary.EnergyandBuildingsxxx(2007)xxx-xxx