CN112329098A - 一种高性能居住建筑新风量设计方法 - Google Patents

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Abstract

一种高性能居住建筑新风量设计方法，基于健康要求，选择一个健康相对湿度临界指标；确定目标高性能居住建筑所处的省份和气候分区；以是否采取额外的建筑除湿措施为选项，选择目标高性能居住建筑的除湿措施；根据是否采取额外的建筑除湿措施，确定不同的新风量设计方案；本发明通过综合考虑高性能建筑的高气密性特点、健康空气湿度要求、不同建筑气候区的湿环境风险、新风除湿能力和不同新风热回收形式下的新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响等因素，实现高性能居住建筑基于建筑湿环境的新风量设计方案最优化，使高性能居住建筑的新风量设计方案更加合理和节能、更能保护人员健康。

Description

一种高性能居住建筑新风量设计方法
技术领域
本发明属于建筑暖通空调系统设计领域，涉及高性能居住建筑新风量设计方法。
背景技术
在设计建筑物的暖通空调系统时，需要确定新风量指标，即新风量设计。如果新风量指标太小，室内空气质量将得不到保证；但是，新风量指标越大，用于空调系统的建筑冷热能耗也越大。因此，需要确定一个合适的新风量指标，使新风量足够大以保证室内空气质量，又不至于太大导致浪费能源。
我国建筑节能工作开展至今，高性能建筑逐步得到推广应用。高性能建筑在气密性、新风量设计、围护结构等建筑特性上，与常规建筑存在差异。由于高性能建筑的气密性较高，必然需要依靠机械通风来保证新风量，而高性能建筑对于能耗的限制十分严格，因此，为高性能建筑确定合适的新风量指标就尤为重要。
目前，国际上专门针对高性能建筑的新风量设计方法较为少见，为众所知的有德国的被动房标准，其中对被动房的最小新风量指标规定为30～32m3/(h·人)，并推荐根据建筑入住情况和室内活动调整通风策略。我国的最小新风量设计要求主要规定于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)。规范中对公共建筑的主要房间类型作了最小新风量的规定，对居住建筑以人均居住面积划分作了最小换气次数的规定。对于我国高性能建筑，《被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)》中规定超低能耗建筑室内新风量需大于等于30m3/(h·人)；《近零能耗建筑技术标准》(GB/T 51350-2019)中规定居住建筑主要房间的室内新风量不小于30m3/(h·人)，公共建筑的新风量应符合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)的规定。
由此可见，由于缺乏建筑湿环境方面的研究的支撑，目前的高性能建筑新风量设计方法，都是基于常规建筑的新风量设计标准，未考虑到高性能建筑的气密性远高于常规建筑的特点；也未考虑到室内健康空气湿度的要求、不同建筑气候区的高性能建筑湿环境风险的区别、不同建筑气候区的新风除湿能力的区别；未充分考虑到在不同新风热回收形式下的，新风量对建筑冷热能耗与除湿能耗的综合影响。按照目前的新风量设计方法设计的高性能建筑，室内空气品质可能较差，室内空气湿度控制可能难以达到保证人员健康的水平，还可能产生不必要的能源消耗。
发明内容
本发明为解决上述高性能居住建筑新风量设计方法的不足，提出了一种基于健康空气湿度的高性能居住建筑新风量设计方法，通过同时考虑高性能建筑的高气密性特点、健康空气湿度要求、不同建筑气候区的湿环境风险、新风除湿能力和不同新风热回收形式下的新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响等因素，达到了高性能居住建筑基于建筑湿环境的新风量设计方案的最优化的目的，使高性能居住建筑的新风量设计方案更加合理和节能、更能保护人员健康。
本发明的上述目标是通过以下的技术方案实现的：
一种基于健康空气湿度的高性能居住建筑新风量设计方法，其包括以下步骤：
第一，基于健康要求，选择一个健康相对湿度临界指标。优选地，选择60％作为健康相对湿度临界指标。
第二，确定目标高性能居住建筑所处的省份和气候分区。
第三，以是否采取额外的建筑除湿措施为选项，选择目标高性能居住建筑的除湿措施。
第四，如在第三步中选择了不采取额外的建筑除湿措施，则从我国不同建筑气候区的高性能居住建筑湿环境风险区别、新风除湿能力区别的角度确定新风量设计方案。具体步骤包括：
(1)计算目标高性能居住建筑所处地区的建筑高湿风险指数(Risk of HighHumidity,RHH)。
建筑高湿风险指数的含义是：指定时间段内，建筑室内平均相对湿度超过基于健康要求的相对湿度指标的时间占比。其计算公式为：
Figure BDA0002742122040000021
Figure BDA0002742122040000022
式中：t表示时间，t0，t1表示先后的两个时刻，t1-t0为建筑高湿风险指数计算时间范围，h；RH(t)为某时刻建筑室内平均相对湿度，％；RHthreshold为基于健康要求的相对湿度临界指标，％。
建筑高湿风险指数越大，则目标高性能居住建筑的湿环境风险越大，其除湿需求越需要得到重视。
(2)计算目标高性能居住建筑所处地区的新风除湿潜力指数(VentilationDehumidification Potential，VDP)。
新风除湿潜力指数的含义是：新风维持室内某一相对湿度的除湿潜力。其计算公式为：
Figure BDA0002742122040000023
式中：wthreshold为由室内平均温度和相对湿度临界值计算得到的含湿量临界值，g/kg，其中，室内平均温度按各气候区典型城市的高性能建筑室内月平均温度计算；w0为某时刻室外含湿量，g/kg；t表示时间，t0，t1表示先后的两个时刻，；t1-t0为新风除湿潜力指数计算时间范围，h。
第四步(1)中的建筑高湿风险指数主要体现了某地区高性能建筑的高湿风险发生情况，与建筑本身条件关联较大，新风的除湿增湿作用在其中只得到了间接体现。因此在第四步(2)中提出计算所处地区的新风除湿潜力指数。
如新风除湿潜力指数为正值，表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑具有除湿能力；新风除湿潜力指数越大，表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑的除湿能力越大。据此，应在满足我国建筑规范中的最小新风量的基础上，增加新风量，以减小室内湿环境风险；并可采取新风热回收措施，减小新风冷热能耗，使目标高性能居住建筑的能耗指标满足我国高性能居住建筑规范的要求。
如新风除湿潜力指数为负值，表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑不具有除湿能力，反而可能给建筑带来室内湿环境风险。据此，应按照我国建筑规范中的最小新风量来确定设计新风量。
第五，如在第三步中选择了采取额外的建筑除湿措施，则考虑不同的新风热回收形式下的新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响，确定新风量设计方案。
首先选择目标高性能居住建筑的新风热回收形式，可选的形式包括：无新风热回收、新风显热回收、新风全热回收。综合考虑建筑冷热能耗和除湿能耗，基于能耗最优化的考虑，在不同的新风热回收形式下、不同的建筑气候分区，应当分别采取不同的新风量设计方案。
此处的建筑冷热+除湿能耗是指：建筑的冷热能耗，加上建筑控制室内湿环境在相对湿度60％以下时所需的额外除湿能耗，得到的总能耗。
由于目标建筑为高性能居住建筑，新风热回收形式以选择新风显热回收或新风全热回收为宜。
在不同的新风热回收形式下、不同的建筑气候分区，分别应当采取的新风量设计方案如下：
(1)如选择无新风热回收的形式，则对于我国严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国温和地区，应提高新风量指标；可选地，提高新风量指标至45m3/(h·人)。
(2)如选择新风显热回收的形式，则对于我国寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国严寒地区、温和地区，应提高新风量指标；可选地，对于我国严寒地区，提高新风量指标至37.5m3/(h·人)；对于我国温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
(3)如选择新风全热回收的形式，则对于我国夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国寒冷地区、严寒地区、温和地区，应提高新风量指标；
可选地，对于我国寒冷地区，提高新风量指标至52.5m3/(h·人)；对于我国严寒地区、温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
由于采用上述技术方案，本发明取得的有益效果包括：
(1)本发明所提出的高性能居住建筑新风量设计方法，充分考虑了高性能建筑的气密性远高于常规建筑的特点，在计算建筑高湿风险指数、新风除湿潜力指数、新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响时，均应用了该特点进行建模，所得出的数据和结论更适合高性能建筑。
(2)本发明所提出的高性能居住建筑新风量设计方法，充分考虑了室内健康空气湿度的要求，分析了不同的健康相对湿度临界指标对于建筑湿环境风险的影响，而非局限于基于舒适要求的最小新风量的考虑，更关注建筑内人员的健康。
(3)本发明所提出的高性能居住建筑新风量设计方法，具体分析了我国不同建筑气候区的高性能居住建筑湿环境风险的差异，有助于设计人员快速注意到部分地区的高性能居住建筑存在较大湿环境风险的情况，以针对性地提出设计措施。
(4)本发明所提出的高性能居住建筑新风量设计方法，具体分析了我国不同建筑气候区、不同月份的新风对高性能居住建筑的除湿能力大小，提示设计人员在新风对高性能居住建筑具有除湿能力的地区、月份充分利用新风的除湿能力，以减小室内湿环境风险。
(5)本发明所提出的高性能居住建筑新风量设计方法，具体分析了不同的新风热回收形式下、我国五个建筑气候分区中，新风量对高性能居住建筑冷热能耗与除湿能耗的综合影响，并据此给出了基于能耗最优化考虑的、我国不同建筑气候区、不同的新风热回收形式下的新风量设计建议，有助于设计人员提出基于健康空气湿度的、更为节能的新风量设计方案。
附图说明
图1是本发明的高性能居住建筑新风量设计方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种基于健康空气湿度的高性能居住建筑新风量设计方法，通过综合考虑高性能建筑的高气密性特点、健康空气湿度要求、不同建筑气候区的湿环境风险、新风除湿能力和不同新风热回收形式下的新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响等因素，实现高性能居住建筑基于建筑湿环境的新风量设计方案最优化。本发明的技术思路为：(1)选择一个基于健康要求的相对湿度临界指标。(2)确定所处省份和气候分区。(3)选择是否采取额外的建筑除湿措施。(4)如不采取额外除湿措施，则根据当地的建筑高湿风险指数和新风除湿潜力指数来设计新风量。(5)如采取额外除湿措施，则按照建筑气候分区和采用的新风热回收形式来确定新风量指标。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
参阅图1，本发明的高性能居住建筑新风量设计方法的流程图。
本发明的具体设计步骤包括：
第一，基于健康要求，选择一个健康相对湿度临界指标。可选的健康相对湿度临界指标包括：50％、60％、80％。选择依据为：相对湿度低于50％的室内湿环境可以防止绝大部分室内高湿问题，包括尘螨生长现象；相对湿度低于60％的室内湿环境可以减少大部分室内尘螨的生长繁殖；相对湿度低于80％的室内湿环境可以防止大部分霉菌菌种的生长繁殖。选择的健康相对湿度临界指标越低，室内湿环境越有利于人体健康，但相应产生的建筑能耗也越大，因此应当根据建筑设计需求确定合适的健康相对湿度临界指标。参考我国建筑设计规范中对室内空气设计参数的要求，不推荐选择高于60％的健康相对湿度临界指标。此处以选择60％作为健康相对湿度临界指标为例，继续描述设计步骤。如选择50％作为健康相对湿度临界指标，亦可参考下述步骤进行设计。
第二，确定目标高性能居住建筑所处的省份和气候分区，可选的气候分区包括：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区和夏热冬暖地区。
第三，选择目标高性能居住建筑的除湿措施，有两个可选选项：不采取额外的建筑除湿措施、采取额外的建筑除湿措施。
第四，如在第三步中选择了不采取额外的建筑除湿措施，则根据建筑高湿风险指数(RHH)和所处地区的新风除湿潜力指数(VDP)确定新风量设计方案。具体步骤包括：
(1)确定目标高性能居住建筑所处地区的建筑高湿风险指数(RHH)的范围。可根据下表(我国各省份居住建筑高湿风险指数范围表)快速确定该地区的建筑高湿风险指数范围。
Figure BDA0002742122040000051
建筑高湿风险指数越大，则目标高性能居住建筑的湿环境风险越大，其除湿需求越需要得到重视。建筑高湿风险指数<0.4时，无需考虑除湿措施；建筑高湿风险指数处于0.4～0.6的范围时，一年中的4～9月份需考虑增设除湿措施；建筑高湿风险指数处于0.6-0.8时，一年中的3～10月份需考虑增设除湿措施；建筑高湿风险指数>0.8时，全年需考虑增设除湿措施
(2)确定目标高性能居住建筑所处地区的新风除湿潜力指数(VDP)的范围。可根据下表(我国各月份各省份新风除湿潜力指数范围表)快速确定该地区在一年中不同月份的新风除湿潜力指数范围。
Figure BDA0002742122040000052
Figure BDA0002742122040000061
Figure BDA0002742122040000071
如新风除湿潜力指数为正值：表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑具有除湿能力，应在满足我国建筑规范中的最小新风量(即30m3/(h·人))的基础上，提高新风量，以减小室内湿环境风险，但不宜超过60m3/(h·人)；指数越大，则该地区在该月份的新风对高性能居住建筑的除湿能力越大，应选择更大的新风量，但不宜超过60m3/(h·人)；并可采取新风热回收措施。
如新风除湿潜力指数为负值：表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑不具有除湿能力，应按照我国建筑规范中的最小新风量来确定设计新风量，一般为30m3/(h·人)。
第五，如在第三步中选择了采取额外的建筑除湿措施，则根据目标高性能居住建筑的新风热回收形式、所处的建筑气候分区，选取不同的新风量设计方案：
(1)如选择无新风热回收的形式：则对于我国严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国温和地区，提高新风量指标至45m3/(h·人)。
(2)如选择新风显热回收的形式：则对于我国寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国严寒地区，提高新风量指标至37.5m3/(h·人)；对于我国温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
(3)如选择新风全热回收的形式：则对于我国夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国寒冷地区，提高新风量指标至52.5m3/(h·人)；对于我国严寒地区、温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
上述相关说明以及对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些内容做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述相关说明以及对实施例的描述，本领域的技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于包括以下步骤：
第一，基于健康要求，选择一个健康相对湿度临界指标；
第二，确定目标高性能居住建筑所处的省份和气候分区；
第三，以是否采取额外的建筑除湿措施为选项，选择目标高性能居住建筑的除湿措施；
第四，如在第三步中选择了不采取额外的建筑除湿措施，则从我国不同建筑气候区的高性能居住建筑湿环境风险区别、新风除湿能力区别的角度，通过计算目标高性能居住建筑所处地区的建筑高湿风险指数和新风除湿潜力指，确定新风量设计方案；
第五，如在第三步中选择了采取额外的建筑除湿措施，则考虑不同的新风热回收形式下的新风量对建筑冷热+除湿能耗的影响，确定新风量设计方案。
2.根据权利要求1所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：第四步中所述的建筑高湿风险指数的含义是，指定时间段内，建筑室内平均相对湿度超过基于健康要求的相对湿度指标的时间占比。
3.根据权利要求2所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：所述的建筑高湿风险指数，其计算公式为：
Figure FDA0002742122030000011
Figure FDA0002742122030000012
式中：t表示时间，t0，t1表示先后的两个时刻，t1-t0为建筑高湿风险指数计算时间范围，h；RH(t)为某时刻建筑室内平均相对湿度，％；RFthreshold为基于健康要求的相对湿度临界指标，％。
4.根据权利要求1所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：第四步中所述的新风除湿潜力指数的含义是，新风维持室内某一相对湿度的除湿潜力；优选地，所述健康相对湿度临界指标为60％。
5.根据权利要求4所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：所述的新风除湿潜力指数，其计算公式为：
Figure FDA0002742122030000013
式中：wthreshold为由室内平均温度和相对湿度临界值计算得到的含湿量临界值，g/kg，其中，室内平均温度按各气候区典型城市的高性能建筑室内月平均温度计算；w0为某时刻室外含湿量，g/kg；t表示时间，t0，t1表示先后的两个时刻，t1-t0为新风除湿潜力指数计算时间范围，h；
如新风除湿潜力指数为正值：指数越大，则该地区在该月份的新风对高性能居住建筑的除湿能力越大，应在满足我国建筑规范中的最小新风量的基础上，提高新风量，以减小室内湿环境风险；并可采取新风热回收措施；
如新风除湿潜力指数为负值：表示该地区在该月份的新风对高性能居住建筑不具有除湿能力，应按照我国建筑规范中的最小新风量来确定设计新风量。
6.根据权利要求1所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：第五步中所述的不同的新风热回收形式，包括无新风热回收、新风显热回收、新风全热回收。
7.根据权利要求1所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：第五步中首先应选择目标高性能居住建筑的新风热回收形式，并综合考虑建筑冷热能耗和除湿能耗，基于建筑冷热+除湿能耗最小化的考虑，在不同的新风热回收形式下、不同的建筑气候分区，应当分别采取不同的新风量设计方案。
8.根据权利要求7所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：所述的建筑冷热+除湿能耗，是指建筑的冷热能耗，加上建筑控制室内湿环境在相对湿度60％以下时所需的额外除湿能耗，得到的总能耗。
9.根据权利要求7所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：在不同的新风热回收形式下、不同的建筑气候分区，分别应当采取的新风量设计方案如下：
(1)如选择无新风热回收的形式，则对于我国严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国温和地区，应提高新风量指标。
(2)如选择新风显热回收的形式，则对于我国寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国严寒地区、温和地区，应提高新风量指标。
(3)如选择新风全热回收的形式，则对于我国夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，维持30m3/(h·人)的新风量指标；对于我国寒冷地区、严寒地区、温和地区，应提高新风量指标。
10.根据权利要求9所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：方案(1)中，对于我国温和地区，提高新风量指标至45m3/(h·人)。
11.根据权利要求9所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：
方案(2)中，对于我国严寒地区，提高新风量指标至37.5m3/(h·人)；对于我国温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
12.根据权利要求9所述的高性能居住建筑新风量设计方法，其特征在于：
方案(3)中，对于我国寒冷地区，提高新风量指标至52.5m3/(h·人)；对于我国严寒地区、温和地区，提高新风量指标至60m3/(h·人)。
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