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这个教授慢成长,学物理的改变了节能建筑行业

已有 3140 次阅读 2017-4-12 07:33 |系统分类:人物纪事| 节能, 绿色建筑

一.WolfgangFeist, 1954年出生于德国

1973 1981 Tübingen大学物理系学习,硕士论文关于量子力学(: 本科加硕士化了8年,够磨的吧)。

19811985年在 Kassel 大学能源技术专业: 大概是做博士生吧)

19861996 年在Darmstadt 大学民用建筑和环境研究所(注: 在职博士生吧)期间与瑞典 Lund 大学Bo Adamson 教授合作

1992年从Kassel 大学建筑系获得博士学位,博士论文Passivhäuser inMitteleuropa, theoretische Untersuchungen von Simulationsmodellen für dasthermische Verhalten von Gebäuden und Anwendung auf die Auslegung derKonstruktionsdetails von Passivhäusern 建筑热力学的理论研究仿真模型和应用)(: 读个博士用11年)

1996Darmstadt成立PassivhausInstitut : 是独立的研究所,不属大学。私营的?)

2008年成为奥地利Innsbruck 大学建筑物理专业教授: 大器晚成。好象还不是德国大学教授?文章太少?)

Wolfgang Feist, 2006源自 https://en.wikipedia.org/wiki/Passive_house

Passive house德语Passivhaus,中文译成被动式节能屋,简称被动房,是指建筑物不用外加能源就能保持舒适的温度。Passive在英语或德语里本就有无源的意思比如无源器件。说起来中国南方以前的住宅(没空调)都是被动式节能屋,只是缺舒适度,天冷了取暖靠抖。

对于欧洲中部及北欧的气候,夏天凉爽,住宅只要解决冬天保暖问题。室内本来就有热源,比如太阳光照,人的体热,煮饭的余热,照明等电器发热。怎么用好这些热量,怎么解决保暖问题,以达到显著节能又不失舒适,这就是1990年时Feist博士生的主要研究工作。

他主要提出了五大要素,见图

1.      建筑隔热。墙体,屋顶,包括地下室与地基的隔热,2030多厘米的隔热材料。

2.      窗户与窗框,三层玻璃,冬天隔热,夏天加外遮阳措施。

3.      无热桥的设计,不然会局部结露霉损。

4.      建筑气密性Blower door TestN50 0.6 ,据说2000年前德国建筑N50一般为10

5.      新风系统,新风系统的热交换器效率90% 以上。

来源https://passipedia.org/basics

(注: 我个人认为,房子朝向也很重要,利用太阳光照,另外气候环境区别很大)

(注: 关于气密性,古人云,冷在风里,穷在债里)


二.与“ Yes We Can “ 不同Feist教授的口号是“ Yes We Do “

1990年他与研究所同事一起造了四个被动房,1991年全部入住,成了他的研究对象。(Hessen州有部分资助)。Feist先生也亲自住在那。据说,那时很多部件比如三层玻璃窗户都是他们亲自手工制作,因为没有系列产品。可以说,这些房子就是他92年的博士论文的实验项目,工程够大的,胆量也够大的。

这些建筑的节能效果是显著的,据 https://en.wikipedia.org/wiki/Passive_house

In the United States, a house built to the Passive House standard results in abuilding that requires

space heating energy of 1 BTU per square foot (11 kJ/m²) per heating degree day, compared with

about 5 to 15 BTUs per square foot (56- 70 kJ/m²) per heating degree day for a similar

buildingbuilt to meet the 2003 Model Energy Efficiency Code. BTU :  British thermal unit

也就是说耗能从10 BTU左右革命性地降到1BTU绿色建筑进入了一个新时代。


.个人经验和体会

上面讲到的节能效果也差不多符合我本人的经验。

我在德国住过六十年代建的房子,暖气和热水耗能大于200 kWh/m²/a  (千瓦时每平米每年)

也住过七十年代建的房子,耗能是180 kWh/m²/a  

三年多来我们住在自建的被动房里,暖气和热水一起耗能不到15 kWh/m²/a  

这要感谢这位 Feist教授。

总结几个要素

新风系统Feist 教授的研究所提供了很多相关部件的数据,帮助了我们的自行选择。

比如这里列出的新风系统,热交换器回收效率可高达93%。我们家用的就是novus 300

源于https://database.passivehouse.com/en/components/list/ventilation_small

新风系统没有噪音,室内湿度常是40%左右,减少通风量,就能提高湿度。


热泵。我们选的是空气源热泵。德国经济部提供了官方数据,效能系数(coefficientof performance)

平均应该是3.5以上吧,(A-7/W35 是指空气零下7度,热水35度,地暖用),具体值是:

A-7/W35: 3.21;         A2/W35: 3.80;        A10/W35: 4.57

太阳能发电家里全用电能,彻底离开了煤气等化石燃料。当时为防止热泵电费太高,与德国邻居讨论,就装了屋顶的太阳能光伏发电,容量近5kWp。后来发现被动房本身就是个储能系统,冬天个把星期不开地暖,也不觉得室内降温,总是22度左右,大致是新风系统高效,不太需开窗之故。这样一想,地暖我就定时设置成了白天开,或多或少会用上一些太阳能电,晚上就关了。理论上可能只要有太阳能时开地暖就够了,只是系统还没有这么智能,另外我们也不太在乎。其实冬天晴天的时候,阳光照到密封室内,就是很厉害的热源。

下图是统计了一年半的发电,售电和购电的每月数据。总的来说,太阳能发电大约是我们用电的一倍。

(大约数据: 一年发电6000,售电5000,购电2500 千瓦时)。

就是说,这已是一个 plus energy house.

夏天的挑战家里全密封,全靠新风系统,冬天保暖容易。没有空调,夏天是个挑战,热量一旦进来,也很难出去,加上烧饭,电器,体温等,一到夏天都成了额外负荷。这时窗户的外遮阳措施非常重要,就是不让太阳光进屋。新风系统必须带所谓的Bypass, 就是夏天室外凉快时要把热交换器自动bypass 掉。

四.展望

Feist 教授的开拓性工作已验证,被动式节能屋在冬季保暖方面已做得很好,很适合于低层建筑比如别墅类。在中国南方冬冷夏热地区,夏天是个挑战。据说目前中国南方也已有一些被动房项目。

若考虑屋顶带太阳能发电,白天有的是电能,结合含制冷功能的热泵,白天用太阳能的电就可以把室内温度降到比如22度,晚上凭被动房的保温性能,不用空调也许就可以。个人认为甚至可以考虑水冷,水的储冷的能力会更好。这样夏天空调用电的问题基本可由太阳能的电解决。这种房子建多了,全国就可以少建核电。

或者也有个勇敢的博士生出来试一把?




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