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。

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。

居住建筑类被动房室内环境控制指标及方法

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下表。

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]。

控制方法

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。

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]。

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。

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]。

新风系统的特点及设计

新风系统特点

被动房除应具有高效的外围护结构保温隔热性能、严密的防热桥处理技术、高性能节能门窗、良好的气密性外。必须依靠高效带热回收的新风换气系统来满足室内环境，年采暖、制冷、通风一次能源需求的要求。加之，目前我国华北地区空气污染严重，PM2.5频繁爆表，室内污染物浓度也逐渐上升，严重威胁着人类的身体健康，因此适用于被动房的新风系统应具备如下特点：

（1）为满足被动房室内二氧化碳浓度≤1000ppm的指标，要求其新风、排风部分能根据室内CO2浓度进行自动运行，且最小新风量应满足国家相关规范的要求；新风系统的热回收效率不低于75%。

（2）由于被动房采暖、制冷负荷很小，从目前国内成熟的采暖、制冷设备中难以找到与之匹配的采暖、制冷设备。所以，要求被动房新风系统应具有主动制冷、制热的功能。

（3）目前我国华北地区空气污染严重，室外PM2.5浓度高，要求新风系统具有过滤去除PM2.5的功能；同时新风系统能够根据室内温度、CO2浓度、PM2.5浓度等条件，自动运行。

新风系统设计

被动房新风系统在为室内人员提供所需最小新风量的同时，还应提供室内所需的冷热量、维持室内环境指标要求，同时满足被动房对制冷、采暖能耗的需求。由于被动房所需的制冷、采暖负荷很小，所以被动房的冬季采暖可以很简单地通过对冬季新风系统的送风进行加热就能实现，当然夏季采用对新风系统的送风进行制冷。

1. 室内新风量的选取

（1）相关规范标准要求

①国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012（简称暖通国标）第3.0.6条规定，设置新风系统的居住建筑，所需人员最小新风量宜按换气次数法确定，并宜符合表2的规定，对新风系统的热回收效率无要求；第6.3.4条第4款规定，厨房、卫生间宜设竖向排风道。

表2 居住建筑设计最小换气次数

②2015年11月住建部印发的《被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）（居住建筑）》（简称建设部导则）第60.68.69条中分别对新风量、卫生间及厨房排风方式进行了规定：新风量宜按总人数确定，每人所需的最小新风量应按30m3/h计算，新风量应与排风量平衡。

每个卫生间宜设独立的排风装置，自然补风。厨房宜设独立的排油烟补风系统。

③河北地标《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》DB13（J）/ 177-2015（简称河北地标）第7.1.1、7.1.10条分别对新风量、厨房排风方式进行了规定：

总新风量应按房间总人数确定，每人所需的最小新风量为每小时30m3，排风量应为新风量的90%～100%。

厨房宜设置独立的排油烟补风系统，或设置方便的补风措施。

（2）确定新风量

选择目前市场上最常见的五种户型，按照上述所述方法分别进行新风量的计算，计算结果见表3：

表3 被动房新风量的确定

从表3可以看出，建筑面积在100m2以内的被动房建筑，室内新风量按人均新风量计算能满足要求。当被动房建筑面积大于100m2时，被动房新风量应按照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012的相关规定进行新风量的计算。

（3）卫生间、厨房排风方式汇总见表4

表4 卫生间、厨房排风形式

从表4中可以看出，被动房卫生间宜设竖向排气道，厨房设竖向排气道、同时宜设独立的排油烟补风系统。

2 排风热回收效率的选择

（1）相关规范标准要求

①2015年11月住建部印发的建设部导则第56条规定：显热回收装置的温度交换效率不应低于75%，全热回收装置的温度交换效率不应低于70%。

②河北地标第4.6.2条规定：通风系统的显热回收效率不宜低于75%。

（2）排风热回收效率的分类

排风热回收效率主要有显热（温度）效率、潜热（湿度）效率及全热（焓）效率三种，现就三种热回收效率的概念、特点进行对比，结果见表5。

表5 排风热回收效率定义及特点

（3）排风热回收效率回收效果对比

我国寒冷地区一般1月平均气温-10～0℃，7月平均气温18～28℃，年日平均气温≥25℃的日数<80d，年日平均气温≤5℃的日数145-90d。该区域冬季寒冷干燥，平原地区夏季较炎

热湿润，高原地区夏季较凉爽，降水量相对集中；气温年较差较大，日照较丰富；春、秋季短促，气温变化剧烈。

以石家庄地区为例，分别计算新风经75%显热回收效率的排风热回收装置、新风经70%全热（此时潜热效率不低于50%）回收效率的排风热回收装置后空气状态参数，计算结果见表6。

表6 经热回收后的空气状态参数计算结果

显然，冬季室外寒冷干燥的空气经显热交换装置升温后，新风中的湿度将进一步降低。采用全热交换装置后，效果会好很多。

建议：在建设资金条件许可的前提下，换热芯体采用显热效率不低于75%、全热效率不低于70%、湿度回收效率不低于50%的全热型热回收装置。

3 辅助冷热源的选择

我国寒冷地区大多冬季寒冷干燥，夏季温暖潮湿。甚至冬季日平均温度下降到-10℃；夏季日平均气温在28℃左右，夜间环境温度很少降至20℃以下且环境湿度较高，靠夜间通风辅助制冷是行不通的。所以为了达到良好的室内舒适条件，寒冷地区被动房不但冬季需要辅助制热，夏季主动空调也是不可避免的。

2015年11月印发的住房和城乡建设部导则第63、64条规定：被动房辅助供暖供冷应优先利用可再生能源，减少一次能源的使用。可再生能源主要包括太阳能、地源热泵、空气源热泵及生物质燃料等。寒冷地区宜设置辅助不宜采用集中供热方式。

结合我国寒冷地区气候特征、室外空气质量、居住建筑分户计量等特点要求，寒冷地区宜采用空气源热泵作为被动房的辅助冷热源，空气源热泵的能效等级应符合国建相关标准的要求。

4 室内气流组织

室内新风气流应从起居室、卧室等主要活动区(送风区)流向卫生间、厨房等 功能区(排风区)。过道、餐厅可作为过流区，通过空气流动间接得到送风和排风， 保证所有房间得到充分通风。

室内气流示意图如图1所示：

图1 室内气流组织示意图

每个房间或主要活动区域设置送风口和回风口；当回风口和回风管道安装确有困难时，可在主要活动区域设置集中回风口；对于不能设置回风口且内门不能设置通风口的房间，其内门与地面之间宜预留宽度大于20mm的缝隙通风。

5 其他

（1）被动房对建筑气密性要求很高，要求新风系统与室外连通的新风和排风管路上均应安装保温密闭型电动风阀，并与系统联动，保证建筑的气密性。

（2）在寒冷地区，高效新风热回收系统新风进口处应设置防冻措施；防冻措施可采用以下方式：①采用电加热方式预热室外空气；②采用地道风（土壤热交换器）预热室外空气。

（3）新风系统应进行消声隔震处理；新风出口处和排风入口处宜设消声装置，新风机与风管连接处采用软连接。

（4）新风系统应具有除霾功能。

项目实施

山西长治某低能耗别墅项目为五室四厅一厨两卫的两层住宅，工程占地350m2，建筑面积为225m2。因该地区冬季空调室外计算温度低于-10℃，对室外新风采用地道风（土壤热交换器）预热。

新风系统安装见下图所示：

图2 室内风管安装                                图3 新风机组安装

图4 新风机组安装效果