1 引言

近年来，随着我国建筑行业规模不断扩大，建筑能耗问题日显突出。被动房作为一种先进的节能建筑已在国内外得到广泛应用。它是通过大幅度提升建筑物围护结构的热工性能及气密性，采用高效热回收技术，并充分利用可再生能源，力求以更少的能源消耗带来更舒适的室内环境，从而最大限度地降低对机械采暖和制冷系统的依赖^[1]。

被动房已经成为建筑节能发展的新趋势。目前，国内已有多个城市颁布与被动房相关的政策和设计标准，涉及多个气候带，寒冷地区是我国被动房发展的重要区域。截至目前，大约60%的项目分布在此区域，其中河北省和山东省的发展势头最为迅猛。2017年以来，河北省已经在张家口、秦皇岛、石家庄、保定、邢台、定州等多市开展被动房试点项目；山东省已经在青岛、济南、菏泽、济宁等市开展项目推广^[2]。

2 居住建筑类被动房室内环境控制指标及方法

2.1 指标分析

居住建筑室内环境控制系统的目的就是提供舒适、健康的室内环境。室内环境通常包括声环境、光环境、热（湿）环境、空气品质等方面，各项指标参数通常有一定的规范或者标准要求^[1]。住房和城乡建设部发布的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》（居住建筑）中提出室内环境的参数要求见表1。

表1 室内环境参数

对于室内空气品质，GB18883-2016《室内空气质量标准》给出了室内主要污染物来源以及浓度的控制水平。室内污染物一是由人体散发，如CO₂及VOC等，通常都取CO₂为参照指标，控制了室内CO₂浓度，就控制了室内空气新鲜度，国内要求将室内CO₂浓度控制在1000ppm以下；二是可吸入颗粒物污染物，如粉尘、PM10、PM2.5等，世界卫生组织提出的室内PM2.5标准值为＜10μg/m³，并且指出当室内年均浓度达到35μg/m³时，对人体的危害性会增大，我国的PM2.5标准值为24小时平均浓度小于75μg/m³为达标^[3]。

2.2 控制方法

2.2.1 温度控制

该过程实质是热量搬运的过程。建筑热源包括人员、设备、灯光、进入室内的太阳辐射热量、围护结构传热等，冬季供暖的原因实际是补充由于围护结构散热或渗透风等热量散失造成的热量不足。依照各类热源的特点，夏季空调可以采用不同的处理方式来应对，利用辐射、自然对流或强迫对流等换热方式都可以实现热量的搬运或排除。

2.2.2湿度控制

该过程的实现需要通过不同含湿量水平的空气之间的扩散作用。夏季空调需要向室内送入干燥的空气、排除室内湿源产生的水分，冬季则由于空气中的含湿量过低而存在加湿的需求。通过一定的空气处理装置，可以将空气处理到冬夏需求的送风状态，满足湿度控制的需求^[4]。

2.2.3 室内化学污染物控制

CO₂、VOC等，这些污染源都来自于室内，目前尚没有有效的手段对其净化消除。可行的途径就是通过室外的新鲜空气送人室内将其稀释并部分排出室外。也就是室内化学污染物的控制主要依靠室内外通风换气的方式实现。

2.2.4 室内可吸入颗粒物控制

室内可吸入颗粒物可来自室外，也可由室内产生。在没有明显室内污染源的住宅，75%的PM2.5来源为室外，对于有明显室内污染源（比如吸烟、烹饪、家务等）的住宅，室内PM2.5中仍然有55%～60%来自室外。过滤是去除这类污染物最有效的方式，目前有两种方式进行过滤，一种是对室内空气进行循环过滤，即房间空气净化器，另一种是通过新风系统对新风进行过滤。被动房由于气密性比较好，并无大量非组织的渗透风。因此当独立设置的新风系统有较强的过滤性能时，可以保证送入室内的新风已经经过有效净化过滤，同时不断并多次循环过滤室内空气，从而实现室内快速净化，达到良好的空气要求^[5]。

3 被动房技术在国内的适用性

被动房技术发展于以德国为代表的欧洲国家，其气候特点、资源条件、生活习惯等与国内差异性较大，在欧洲主要解决供暖问题，夏季气候较为凉爽。我国地域广阔，气候特点复杂，在全国范围内推广被动房技术存在很多问题^[6]。

3.1 气候条件适用性

不同的气候条件对建筑围护结构的热工性能要求不同。我国气候分区跨度大，严寒地区的城市以采暖需求为主，良好的保温和高气密性有利于降低建筑采暖能耗。反之，在夏热冬暖地区，夏季的制冷需求大于冬季采暖需求，良好的保温和气密性不利于排出室内的热量，会造成热量在房间内累积，使得空调制冷能耗上升。

3.2 理论计算适用性

目前国内对于被动房项目的认证，关于建筑的能耗水平大多是依据PHPP等能耗模拟软件计算获得。计算过程中存在很多提前设定的工况条件，而建筑的最终运行是一个多变和复杂的过程^[7]。因此，一旦建筑的现场施工和实际运行出现与理论计算不符的情况，就会出现实际能耗偏高或者室内环境不达标等不可控因素。

因此，在供暖为主的严寒和寒冷地区，采用被动房技术可以有效降低建筑采暖能耗，应该是进一步推广和建设的有效方向；而对于制冷需求为主的南方区域以及全年有半数以上时间处于温和天气范围的长江流域，被动房技术不是降低建筑能耗的有效途径。在被动房技术的应用上，应根据当地的气候条件和能源结构以及用能习惯选择合适的建筑方案。

4 能量回收装置适用性问题

4.1 能量回收效率计算理论及影响因素

被动房新风设备的能量回收装置分为显热和潜热回收两种，其工作原理就是：室内排风通过热回收装置与室外新风进行能量交换，实现新风的预冷/热功能，能量回收后的排风以废气方式排出室外，从而减少新风负荷，实现节能。

能量回收效率的实质就是空气在回收装置中实际获得的能量与最大理论值之间的比值，计算式如下：

 由公式（1）和（2）可以看出，影响能量回收装置换热效率的主要因素为风量和室内外温差。当风量减少时，同样换热面积下的气流速度减小，气流在装置换热通道的停留时间越长，换热效果越好。随着室内外温差的增大，装置的热回收效果越明显^[8]。

4.2 能量回收装置的节能性分析

室内通风系统设置能量回收装置的必要条件是房间应该有可供热回收的能量，且携带这些能量有组织地排风。实际运行过程中，并不是所有的热量回收都对建筑节能有利。研究资料表明：当室外温度在20℃~25℃时，通过热回收装置会造成通风换气无法有效带走室内热量，从而延长空调制冷时间，增加建筑能耗；只有室内外温差大于10℃时，才能有效保证热回收效果；当室内外温差小于10℃时，热回收装置的效率会产生大幅度衰减。另外，通风设备安装热回收装置也会造成设备阻力增大，会带来额外的风机功耗。被动房是以节能为核心理念，正常空调的能效比约在3.0左右，也就是大约1kWh的电力可以通过空调设备产生约3kWh的冷热量。因此，只有当因采用热回收装置而额外增加的风机能耗占比小于回收能量的1/3时，才能认为该能量回收装置具有节能效果。

由于我国地域广阔，气候差异性大，而热回收装置的节能又与当地全年气候状况相关，当室外温度低于10℃和高于25℃时，室内外温差越大，回收的能量越多。表2列出了我国不同气候分区代表城市的气象条件下（温和地带除外），居住建筑安装热回收装置的能耗统计表^[5]，计算条件为：夏季室内干球温度为25℃，冬季室内干球温度为20℃，热回收效率为70%，空调系统按照COP=3.0，热回收装置增加的风机用电量在全国统一，进而计算其能耗增减情况。

根据当前计算条件，尽管热回收效率影响因素复杂，但仍可大致判断，在哈尔滨和北京为代表的严寒和寒冷地区，冬季室内外温差大，热回收装置节能效果明显，而对于其他区域的城市，全年大部分时间室内外温差较小，所以热回收装置并不节能，很多情况下增加了全年运行能耗。因此，在能量回收装置的应用过程中，应该因地制宜，根据当地的气候条件从能耗和经济性方面进行综合考虑。另外，采用带旁通功能的热回收设备，在室内外温差较小时开启，更有利于节能。

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