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            康居講堂

            基于被動式住宅建筑的新風能耗分析

            2022-01-22 16:33:17

            摘要:因室內住宅空氣品質對人體的重要影響作用,住宅廚房衛生間排風與新風的供應與其所帶來的能耗的增加越來越受到人們的重視。本文通過對中國北方地區住宅采暖時期的廚房衛生間排風與新風的供應或補入運行工況進行模擬,分析在不同種工況下因室外新風所產生的能耗量,用以處理住宅節能與保持室內空氣質量這一矛盾問題。

            關鍵詞:新風負荷,室內空氣品質,被動式住宅建筑,能耗分析

            1 引言

            可持續發展是當代社會文明進步的重要標志。當人們逐漸提高對生活品質的要求時,對能源消耗的增長與可持續發展形成了一種挑戰。作為人們必不可少生存條件、也是能耗的大戶――住宅建筑在人類可持續發展中具有重大的影響作用。因而被動式住宅建筑是我們研發的目標。中國北方地區的住宅,冬季室內的新風大多依靠門窗縫隙補入,設計計算中通風換氣次數大多取0.5次/小時,其攝入量在廚房衛生間排風系統的正常使用下是遠遠不夠的,這就需要增設新風裝置,進行有組織的通風處理。新風的補入自然會提高空氣的品質,但同時會造成一定程度上的能源消耗。為此,我們需要尋求一種恰當的能源可持續利用方式來避免能源的浪費。住宅新風能耗作為被動式住宅建筑的重要影響因素是本研究分析的對象。

            2 研究內容

            2.1建筑模型概述

            本文運用DeST-h軟件分析住宅建筑隨室外氣溫逐時變化時的新風負荷能耗。建筑模型為中國遼寧沈陽地區的某單元棟住宅樓,建筑總面積為1185.3m2,共六層,一梯兩戶,每戶兩室兩廳一衛一廚,南北朝向,層高2.9m,每戶面積為85.66m2,其中每戶廚房面積為8.6m2,衛生間的面積為4.45m2。采暖時間為11月1日~3月31日。建筑圍護結構的傳熱系數如表1。

            2.2不同模式條件下的氣流組織分析

            被動式住宅建筑應該具有良好的室內空氣品質,衛生通風是保證良好的室內空氣品質最低標準。為此,在僅靠自然通風方式的情況下增設對廚房、衛生間的衛生排風是十分必要的。

            當利用新風供應處理裝置對室內住宅進行新風換氣處理時,有效組織室內氣流,同時因廚房、衛生間的排風系統的開啟,有利于室外空氣主動置換室內空氣,充分改善室內空氣品質。

            相反如果廚房、衛生間的排風系統的沒有開啟,將會使室內空氣污染物無法從濃度低的居室流入濃度高的廚房、衛生間進行集中排放,并可能發生相反的污染擴散,致使室內空氣品質惡化。

            新風的增加將會使總體采暖負荷有所增加。如果采用全熱交換新風處理裝置,能夠在采暖季節有效地回收排風中的熱量,將廢棄的能量重新加以利用。減少一定量的新風負荷,進而減少采暖負荷,將節約能源、保護環境、提高經濟性以及提高設備利用率等多方面融為一體,實現可持續性住宅建筑的多功能性。

            由此可知有效地開啟廚房衛生間的排風系統可在一定程度上保證了室內建筑環境的可持續發展。

            2.3 廚房衛生間排風裝置開啟時通風作息時間的設定

            廚房排風系統的通風作息時間比較固定,一般選在炊事時間開啟排油煙機進行排風。住宅建筑的炊事時間大多為:工作日選早7點和晚6點,休息日選早8點、中午12點和晚6點。排油煙機換氣次數取10次/h,其余時間取0.5次/h,具體分布如圖1所示。

            由于居民不同的生活規律,衛生間排風系統的通風作息時間比較隨機。實際設計中設定排放量100~250m3/h,折合成換氣次數為10~20次/h。為了保證室內空氣充分進行有組織的排放,衛生間排風扇的開啟時間不僅僅局限于對衛生間使用的時間,而是根據人員的作息時間制定通風作息時間,分別取如下兩種模式。

            模式A 人在房間活動時取最大排風20次/h,睡眠后2h與睡醒前2h取12次/h,其余為0.5次/h,如圖2分別列出工作日與休息日24h的新風換氣次數。

            模式B 人在房間活動時取12次/h,其余為0.5次/h,如圖3分別列出工作日與休息日24h的新風換氣次數。

            2.4廚房衛生間排風裝置開啟與不開啟的新風負荷能耗分析

            根據《居住建筑節能設計標準》規定,居住建筑冬季采暖的室內熱環境應達到通風換氣次數不低于0.5次/h。本文以0.5次/h換氣次數為基本模型,計算并比較在冬季采暖季節廚房衛生間排風系統不同開啟工況下的新風負荷量。

            工況1當廚房排油煙機、衛生間排風系統均不開啟時,取自然通風換氣次數0.5次/h ;工況2當廚房排油煙機、衛生間排風系統全開啟時,衛生間按模式A排風;工況3當廚房排油煙機、衛生間排風系統全開啟時,衛生間按模式B排風。

            現將通過計算并進行采暖季節的逐月累加,匯總在圖4中。

            通過分析可以表明,當住宅建筑廚房衛生間的排風系統全部開啟時,新風負荷明顯有所增加,在一月份中負荷達到最大。

            3 計算分析

            計算結果如下:工況1 采暖季節新風累加負荷為42480.15kwh;工況2 采暖季節新風累加負荷為55853.88kwh,新風負荷相對增加率為31.48%;工況3采暖季節新風累加負荷為44738.39kwh,新風負荷相對增加率為5.31%。

            通過計算表明當對廚房排油煙機、衛生間排風系統采用采用工況2的通風換氣次數時新風負荷相對增加31.48%,而采用工況3的通風換氣次數時新風負荷相對增加5.31%。通過對比可知,對于住宅建筑,適當地控制新風攝入量的增加時,新風負荷并沒有像人們所想象的成為建筑能量消耗的負擔。通過主動引入新風量使室外空氣充分置換成室內空氣,這種通風方式不僅改善了室內熱環境質量,還避免了由于室內環境的破壞產生的病態建筑綜合癥(SBS),為人類健康的可持續發展提供了必要的保障。

            4 結語

            1)在被動式住宅建筑中,由于廚房、衛生間的污染源比較集中,采取及時開啟廚房排油煙機、衛生間排風系統,特別是延長衛生間排風扇的開啟時間的方法去除污染物是十分必要的。

            2)利用新風供應處理裝置對室內住宅進行新風換氣處理,不但有組織地使室內外空氣進行交換,還通過及時的補風,使排風系統能有效地排除人體活動產生的有害物和室內家具、裝修材料散發的有毒物質,保證室內衛生條件。雖然增加了引入新風設備的耗電量,因新風的補入,降低了廚房衛生間的負壓,使排風系統中風機的壓頭有所降低,減少了部分排風系統的耗電量,兩者可以相互抵消一些能耗。隨著人們消費需求的多元化,針對住宅研發安全節能、清潔環保的新技術、新型產品,成為推進國家被動式建筑的建設與發展的必要手段。

            3)有組織地添加新風攝入量后,新風負荷并不會盲目地使采暖負荷大幅度增加,新鮮、清潔的空氣有利于人們的生理健康和心理健康,使室內空氣品質在一定程度上有所改善,為人們營造了舒適的生活居住環境。節能并不應該以犧牲人們對健康舒適環境的追求為代價,而是在保證身心健康的基礎上,采取措施盡量減少新風能耗,這對于人類生存的可持續發展有著很大的意義。

             

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