被动房 气密 n50 鼓风门 模拟器 返回
节能住宅·气密性能

被动房 气密 n50 鼓风门 模拟器

Passivhaus(被动房)的必要条件 n50 ≤ 0.6 从鼓风门试验的 Q50(50Pa 漏气流量)实时计算的工具。通过改变建筑容积、外围护面积、保温性能、换气率,可视化等效漏气面积 ELA、浸入热损失、年暖房需求,判定对 PH/EnerPHit/LEED/BELS 各规格的适合度。

参数设置
气密性能规格
判定对象的 n50 上限值
气候带
解说向标签。物理量按外气温评估
建筑容积 V
外围护面积 A_env
外墙、屋顶、地板、窗合并计算的与外气接触面积
鼓风门 Q50
m³/h
室内外压差 50 Pa 时的总漏气流量
机械换气率
ach
HRV/ERV 设计换气次数
平均 U 值
W/m²K
外围护加权平均的热贯流率
外气温 T_o
°C
热负荷计算用(室内温度 20°C 的温差)
计算结果
n50(1/h)
等效漏气面积 ELA(cm²)
自然浸入换气率(ach)
浸入热损失 Q_infil(W)
外围护热损失 Q_env(W)
暖房需求(kWh/m²·年)
住宅断面与鼓风门压力勾配

鼓风门产生室内外 50 Pa 压差,外围护隙缝的漏气路径被可视化。颜色表示漏气量,仪表示当前 n50 值。

n50 vs Q50(容积恒定)
规格别 n50 上限值比较
理论·主要公式

$$n_{50} = \frac{Q_{50}}{V_{\text{building}}},\qquad ELA = \frac{Q_{50}}{C_d\sqrt{2\Delta P/\rho}}\times 10^{4}\;[\text{cm}^{2}]$$

n50:50Pa 加压时每小时换气次数,Q50:鼓风门漏气流量(m³/h),V:建筑容积。ELA 为孔口换算的等效漏气面积(Cd=0.6、ΔP=50 Pa、ρ=1.225 kg/m³)。被动房必要条件为 n50 ≤ 0.6 /h。

$$n_{\text{nat}}\approx \frac{n_{50}}{20},\qquad Q_{\text{infil}}=\dot m\,c_p\,\Delta T = \frac{n_{\text{nat}}}{3600}\,V\,\rho\,c_p\,\Delta T$$

Persily 近似得出年均自然浸入换气率与浸入热损失。c_p=1006 J/kgK、ρ=1.225 kg/m³、ΔT 为室内外温差。

$$Q_{\text{env}} = U_{\text{avg}}\,A_{\text{env}}\,\Delta T,\qquad E_{\text{heat}} \approx \frac{(Q_{\text{infil}}+Q_{\text{env}})\cdot H_{\text{hr}}}{A_{\text{floor}}\cdot 1000}$$

外围护热损失与暖房需求的概算。H_hr ≈ 5000 K·h、A_floor ≈ A_env/2。被动房认证中上限为 15 kWh/m²·年。

被动房 气密性能 n50·鼓风门试验

🙋
我听说"被动房的 n50 要 0.6 以下",这个 0.6 到底是什么指标?普通房子不是更大吗?
🎓
问得好。n50 是"用鼓风门对整栋建筑产生 50 Pa 压差时,室内空气每小时更换的次数",单位 1/h。0.6 /h 意味着建筑隙缝几乎完全密闭。对比一下,日本普通住宅 n50 换算后为 5~10,HEAT20 G2 级别也在 2 左右。新建被动房把它精度提高十数倍。从 1991 年 Wolfgang Feist 制造第一栋认证住宅开始,全球已有 5 万多栋被认证的被动房。
🙋
怎么测量呢?气密测试听起来要用很专业的设备…
🎓
用的是"鼓风门"——一个大型送风机装在玄关门上。将室内外压差设定在 10~60 Pa 范围内进行多点测量,利用 Q = C·ΔP^n 幂律关系推导出 ΔP=50 Pa 时的流量 Q50(m³/h)。再用 Q50 除以建筑容积 V 就得到 n50。ISO 9972 和 ASTM E779 是国际规格,分 Method 1(加压减压平均)和 Method 3(仅减压)两种。试验前必须用密封膜封闭给排气口、烟道、排水地漏,否则漏掉一处开口会让 n50 数倍增加。看左边的默认值,Q50=300 m³/h、V=350 m³,右上角应该显示 n50 = 0.86,确认一下。
🙋
确实是 0.86。但这没有达到 PH(n50 ≤ 0.6)的标准吧?怎样才能降到 0.6 呢?
🎓
对,这正是被动房设计的核心难点。要把 Q50 从 300 降到 210 m³/h,n50 才能达到 0.6。具体的做法包括:(1) 在躯体内侧连续铺设气密膜(如 Pro Clima Intello、Siga Majpell),(2) 膜的接缝和窗框周围用气密胶带(如 Tescon Vana)全部粘接,(3) 插座、管道穿过部分用专用垫圈处理,(4) 选用三层玻璃的被动房认证窗。改修(EnerPHit)标准稍宽松,n50 ≤ 1.0。
🙋
明白了。那"暖房需求 62 kWh/m²·年"是怎么回事?被动房的上限不是 15 kWh/m²·年吗?气密性能差这么多会影响能耗?
🎓
确实会有很大影响,但气密只是其中一环。现在默认值外皮 U=0.30 已经算比较好的了,但外气温 0°C、外围护 450 m² 时的包络热损失有 2700 W,这才是主要耗能的地方。要达到被动房认证,还需要把 U 值进一步降到 0.10~0.15,结合三层窗和 HRV 80% 的热回收。光有气密而保温不足是不行的,反过来气密差的话即使保温好 HRV 效率也会大幅下降。两者必须配套,才能实现被动房标准的 15 kWh/m²·年。

常见问题

n50 是鼓风门试验中,将整栋建筑加压(或减压)到 50 Pa 时,每小时换气次数(1/h)。Passivhaus 认证中 n50 ≤ 0.6 是必要条件,相当于普通住宅(n50=3~10)的十分之一左右。通过建筑容积 V 对漏气流量 Q50 进行计算。改修(EnerPHit)为 1.0,LEED Platinum 为 1.5,日本一般住宅没有相应 n50 基准值,通常以相当隙间面积 C 值代替。
鼓风门在玄关门上安装送风风机,在 10~60 Pa 范围内进行多点测量,使用 Q = C·ΔP^n 幂律关系推导出 Q50。国际规格 ISO 9972(原 EN 13829)和美国 ASTM E779 为代表,分 Method 1(加压和减压平均)和 Method 3(减压专用)。试验前需用养生膜封闭给排气口、烟道、排水地漏,开口部封闭不当会导致 n50 数倍增加需注意。
ELA(等效漏气面积)是将建筑内所有隙缝集合为单一薄板孔口时的面积,通过 Q = Cd·A·√(2ΔP/ρ) 反推计算。流量系数 Cd 通常为 0.6,空气密度 ρ 为 1.2 kg/m³,ΔP 采用 50 Pa。例如 Q50 = 300 m³/h 时,ELA 约 154 cm²,相当于建筑内总隙缝面积如明信片大小。控制在 A4 纸张以下是被动房级别的目标。
按 Persily 近似,年均自然浸入换气率 n_nat ≈ n50/20 左右。例如 n50 从 5.0 降至 0.6,n_nat 从 0.25 降至 0.03 ach,寒冷地区(ΔT=25K)的浸入热损失相差约 8 倍。容积 350 m³ 住宅的年暖房能耗差约 1,500 kWh 级别,配合 HRV(热回收换气)80% 效率后,被动房规格的暖房需求 15 kWh/m²·年才现实可达。

真实应用案例

德国 Darmstadt 世界第一栋被动房(Kranichstein 1991):Wolfgang Feist 博士自建的连栋住宅,n50 = 0.3,暖房需求 10 kWh/m²·年。窗户采用当时最先进的氩气填充三层玻璃(U_w = 0.7),外围护 U = 0.10,HRV 80%。30 年后性能仍未衰减,证明了被动房的长期可靠性。

奥地利 Linz Solar City(600 住户):欧洲最大规模的被动房集合住宅群,全部住户 n50 ≤ 0.6 达成。集合住宅最大难点是户间隔壁气密处理,通过 Pro Clima 系统胶带和石膏板面层组合实现。日本从 2018 年起,东京、那须、札幌等地也陆续出现认证被动房(如 KEN HOUSE、那须被动房)。

美国 Mass Public Housing(Stephen Wessling Architects):马萨诸塞州公共住宅项目获得被动房认证,n50 = 0.5。14 户连栋住宅,为压低成本使用标准 OSB+气密膜(Siga Majvest),每户都进行鼓风门试验。光热费比一般市营住宅下降到 1/4,显著减轻低收入户的生活负担。

EnerPHit 既有住宅改修:新建被动房(n50 ≤ 0.6)对既有建筑基本不可能,所以改修有 EnerPHit 标准(n50 ≤ 1.0)。外保温+内侧气密膜通常将 n50 为 4~8 的老旧住宅降到 0.7~1.0,德国和奥地利把其列为公共补助对象。日本也开始出现老旧耐震不达标住宅改修至 Bels A 级 +EnerPHit 近似的案例。

常见误解及注意事项

最大的误解是"提高气密性防止窗户结露"。事实完全相反,气密越好室内水蒸气就越难散出,若没有合适的机械换气(HRV/ERV)反而容易结露发霉。被动房认证必须配 HRV,确保冬季室内湿度维持在 30~60%,气密和换气是一体两面的关系。只提高气密性而忽视换气设计,会导致有害气体积累、霉菌滋生、CO2 过量的三重问题。

其次是误认为"n50 = 1.0 和 0.5 没有太大区别"。从数字看只是 2 倍差异,但用 Persily 关系式换算自然浸入换气率,就变成了 0.05 ach 和 0.025 ach,寒冷地区(ΔT=25K)年间浸入热损失相差 400~500 kWh/户。若配合 80% 效率 HRV,n50=1.0 时漏气绕过 HRV 的部分较多,实际效率降到 60% 多,很难达到被动房的 15 kWh/m²·年。0.6 的必要条件实际上是"HRV 能按设计工作"的底线。

最后要澄清的是"日本 C 值和 n50 是同一个指标的不同表示"的说法。C 值(cm²/m²)是按地板面积计的相当隙间面积,基于 5 Pa 时 Q 计算;n50 是按容积计的换气次数,基于 50 Pa。由于建筑形状不同,C 值 ≒ 0.5 对应的 n50 范围在 1.0~2.0 之间变化,无法简单换算。日本 HEAT20 G2 和 ZEH 的 C ≤ 1.0 标准比被动房 n50 ≤ 0.6 要宽松,要瞄准被动房认证必须用鼓风门直接测 n50。

使用指南

  1. 输入建筑容积(m³)和外围护面积(m²)。例:钢筋混凝土 5 层办公楼,容积 2500m³,外围护面积 1800m²
  2. 输入鼓风门试验测得的 50Pa 时漏气量 Q50(m³/h)。被动房认证基准为 3m³/h 以下
  3. 设置机械换气量(m³/h),n50 值、等效漏气面积 ELA、自然浸入热损失、暖房需求会自动计算
  4. PH/EnerPHit/LEED/BELS 各规格适合判定即刻显示

具体计算案例

木造平屋住宅(容积 350m³、外围护面积 280m²)Q50=105m³/h 时:n50=0.3 回/h、ELA=4.2cm²。外皮热贯流率 3.0W/m²K 条件下,冬季浸入热损失约 180W,暖房需求 15kWh/m²·年,符合被动房基准(≦15kWh/m²·年)。若 Q50=250m³/h 则 n50=0.7 回/h,暖房需求 35kWh/m²·年,不符合

实务注意事项