基于PHPP模拟的夏热冬冷地区被动房保温参数推荐值研究

司大雄，唐立强，王同雨，陈家骐，段园煜，胡明明

（1.中铁四局集团有限公司设计研究院，安徽 合肥 230022；2.合肥学院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

被动房概念1991年由wolfgang Feist以及Bo Adamson共同提出，最初的被动房定义为，无需传统供暖制冷，仅靠新风即可满足全部冷热负荷并达到规定舒适度的建筑。由于新风能提供的冷热负荷量很小，且相对于确定的新风换气次数的设计值来说，这个量也基本是确定的。所以最终被动房的标准为一系列的确定值，而非相对值[2]。

国内目前也提出了若干被动房的相关定义以及判断标准，此文采用最权威也是全世界使用最多的PHI（德国被动房研究所）的标准作为判断依据，参考其对国内不同代表城市的被动房的研究[3]，为夏热冬冷地区的被动房保温厚度的设计提供一个参考值。鉴于不同体形系数，不同窗墙比所带来的最终结果影响较大，此文采用3个参考模型建筑分别为别墅、高层住宅以及办公楼。采用此建筑在上海、成都以及郑州三个城市气候分别代表夏热冬冷地区不同气候特征来进行计算。郑州虽然不严格属于夏热冬冷地区，但其地理位置为夏热冬冷和寒冷地区的交界处，其气候同夏热冬冷地区北部城市相仿，由于目前PHI的国内城市气候资料不多，此文使用郑州气候作为参考进行计算，用来代表夏热冬冷地区北部较寒冷城市的气候特征。上海代表东部沿海教潮湿的气候，成都代表西南地区，不同的气候条件最终会对结果有较大的影响。三个城市的选择具有一定的代表性，其结果也有一定的参考性。

1 被动房标准

被动房以高室内热舒适度和低能耗为特征。对于新建建筑，被动房的综合经济性较好。根据可再生一次能源的产生量，分为普通、优质以及特级三个被动房标准，其对应的认证标准如表1所示[1]。

PHI被动房标准 表1

PHI以此标准为依据，PHPP为计算软件，结合Design PH建模软件共同完成被动房的设计和认证，本文按照PHI普通级认证的要求，对夏热冬冷地区的被动房的设计参数进行相应的研究，得出适合夏热冬冷地区被动房设计参数的合理区间，为被动房的设计的参数选型提供参考。此研究针对的是假设模型情况下的建筑参数，实际建筑需根据其与假设模型的偏差做相应的修改和核算。

2 建筑模型的建立

本文采用的三个模型为假想模型，其对应的建筑基本参数如表2所示。

以上模型对应的Design PH模型如图1～图3所示。

在以上建筑模型的基础上使用上海、郑州、成都的气候参数代入PHPP进行计算，得出对应各个城市的设计参数。

3 PHPP计算

3.1 气候参数

建筑基本参数 表2

图1 别墅Design PH模型和计算图

图2 高层Design PH模型和计算图

图3 办公楼Design PH模型和计算图

PHPP计算所采用的数据必须为PHI提供的数据，PHPP进行能耗计算使用的气象参数为月平均参数，进行负荷计算使用的是最不利日平均参数，与国内惯用算法不同，其所计算出来的能耗及负荷也不同，国内算法得出来的能耗值不能作为PHI认证的参考值，PHI只认可由PHPP计算的能耗及负荷值。PHI气候数据由月平均温度、各方向辐照量、露点温度以及天空温度和地面温度，同时提供了最不利日的平均参数作为供暖和制冷负荷计算的参数。

3.2 计算条件

计算边界条件对于建筑能耗尤其的重要，PHPP在进行能耗计算时采用的边界条件与国内常规计算不同。限于篇幅此部分不展开，可参考《德国被动房设计施工指南》附录部分[1]。

除此之外，还需要针对每个建筑根据其建筑类型、户数、人数、建筑墙体形式以及认证采用何种标准认证计算单独进行输入。

以上的参数为建筑的边界条件，在此基础上进行建筑的能耗平衡计算，进而确定建筑的供暖需求、供暖负荷、制冷需求、制冷负荷以及一次能源各个指标是否能满足被动房标准的要求。

在确定边界条件和气候参数之后，还需要输入建筑的体形参数，即围护结构面积、建筑净体积和门窗面积、遮阳情况，以上参数均为建筑的基本参数可由design PH直接导出。是将实体建筑简化成模型的重要参数，在此基础上通过赋予每个参数独特的热工性能就可以进行建筑的热平衡计算，进而确定最优的被动房设计方案。

3.3 计算结果

根据PHPP计算的结果，在达到PHI认证的标准前提下，建筑的设计参数如表3所示。

能耗计算结果 表4

建筑设计参数表 表3

对应的能耗计算结果如表4所示。

3.4 结果分析

以上的设计参数为假设模型的一种设计参数，为方便进行研究，在计算时将除保温以外的其他参数一般都按照统一的推荐值选取，推荐值的选取以现有的建成被动房项目中代表性的设计参数为参考，为被动房的一般选值做法，如果一般值不能满足要求也做适当的调整。实际设计中参数可在推荐值上下浮动，但对应的保温厚度也会有相应的调整，此处不再具体描述。

由以上数据可知，虽然同为夏热冬冷地区，但由于气候的参数不同，其被动房保温设计的参数也不尽相同。同样即使在同一气候条件下不同的建筑体量以及建筑类型其对应的保温厚度也不相同。为了对项目尽可能的优化，不造成投资过大，需要对项目进行准确的PHPP计算，此数据作为参考和推荐值，可在一开始设计时提供基本的保温厚度的范围选择。目前有些被动房项目虽然处在夏热冬冷地区，但其保温厚度同中国北方的项目厚度相同，这也是不够优化的设计，从而造成设计的浪费。

本文通过对3种不同类型建筑在3个气候条件下的被动房设计得出一个被动房在夏热冬冷地区的保温设计区间推荐值，具体数据如表5。

夏热冬冷地区的保温推荐值区间较大，这个结果表明如果在此气候区通过一刀切的方式来制定标准，难免会导致浪费，即使在同一气候条件下不同的体型系数，建筑类型其保温厚度也有较大的差别。

夏热冬冷地区不同建筑类型（体量）保温厚度推荐值 表5

4 结论

德国被动房的设计思路同传统的节能标准不同，不是通过对指标的强制满足或者参照建筑的节能率来体现。目前国内已有自己的被动式超低能耗建筑的评价方法，其评价方法与国内的节能建筑节能率计算相仿。针对国内越来越多的被动房项目采用与国内国情相适应的标准可以更快更容易的对被动房加以审核和评价。但根据不同城市气候以及建筑本身体量以及建筑类型的单独计算仍然是必要的。推荐值是为了方便一开始设计时选择方向，最终的设计参数同推荐值有一定出入也是正常的，只要总的能耗指标满足要求，就是一个合格的被动房。