簡介：住宅的室內 氣品質問題越來越引起人們的關注，有效的通風換氣是保證室內良好空氣品質的重要措施。本文對北方地區(qū)住宅冬季通風換氣問題進行了研究，提出并比較了幾種可行方案。
關鍵字：自然通風，機械通風，室內空氣品質
一、引言
民用住宅的室內空氣品質問題越來越引起人們的關注，據美國環(huán)保署(EP A)的統(tǒng)計，室內空氣污染常常超出室外2—5倍，北京市有關部門對北京部分居住區(qū)及寫字樓檢測數據表明，室內的甲醛含量普遍超標，最高達到了71倍。這說明，室內空氣品質已不僅僅是影響工作、生活效率的問題，其已能直接導致疾病的發(fā)生。目前國內外已有的綠色建筑評價體系中均把良好的室內空氣品質作為其中重要的評價指標之一。解決好室內的通風換氣問題已成為新世紀人居環(huán)境重要的研究課題。
確保住宅室內有良好的空氣品質，最好和最直接的方法就是與室外保持適當的通風換氣。在過渡季節(jié)及夏季早晚溫度較低時候，采用自然通風來實現室內的通風換氣無疑是最佳的解決方式。但是在冬、夏季， 引入室外新風就意味著需要增加供暖、空調負荷，因此必須尋求良好的空氣品質與節(jié)能的一個較好的結合點。
針對民用住宅的特點，住宅通風換氣的研究目標通常主要包括以下兩個方面：
1．在不使用空調、供暖的時候(如過渡季、夏季的夜晚)，通過對建筑單體的模擬分析， 得出對建筑規(guī)劃與單體設計有指導意義的結論，促進建筑室內的風壓自然通風；
2．在使用空調、供暖設備的時候(夏、冬季)，考慮如何合理設計通風換氣措施，以保證室內良好的空氣品質，同時不至于帶入室外過多的冷熱負荷， 以降低能耗。
當前，在我國北方地區(qū)， 由于節(jié)能的要求對門、窗的密封性要求越來越高。在常用的塑鋼窗的檢測報告中，測試壓力為10Pa條件下其冷風滲透量已經小到0．7m3／(m·h)，幾近封閉[ 。因此，在通常情況下冬季冷風滲透已不能滿足住戶新風要求。在此情況下，如何保證冬季室內合理的通風換氣， 已經成為當前較為突出、需要解決的問題。在設計中通常選取0．3次／小時的換氣次數作為冬季新風換氣標準。這主要是考慮到按照新風設計標準，室內新風換氣量通常取為2 5m。／ (h·人)，目前住宅的人均面積通常較大，所以取0．3次／小時的換氣次數是綜合考慮節(jié)能要求和住戶新風要求的一個較合理的指標。本文將依據此設計要求，對幾種可行的冬季通風換氣方案進行分析比較。
二、冬季的通風換氣方案比較與分析
住宅冬季通風換氣方案按照通風的路徑總體上可以分為兩種方式：(1)整體通風；(2)每戶獨立通風。
整體通風是指住宅各層上下能形成通風氣流統(tǒng)一的流動，又有兩種具體形式：(1)從各個房間外墻的換氣口(或外窗的縫隙)進風，從浴廁的排風道統(tǒng)一排風；(2)從各個房間外墻上的通風口進風，通過外門下的縫隙向樓梯間排風(對于高層住戶， 由于熱壓中和面的存在，氣流方向可能恰好相反)。
每戶獨立通風方式是指每個住宅獨立通風換氣，不形成上下層相關聯的通風網絡。
從通風的動力來講，有三種基本形式：(1)機械通風方式，如有機械排風自然補風、機械送風自然排風等方式；(2)完全基于熱壓(或風壓)的自然通風方式；(3)機械輔助自然通風方式?？紤]到北方地區(qū)冬季室內外存在著較為穩(wěn)定的溫差，在設計通風換氣方案時候應盡可能利用此特點來設計熱壓自然通風方案。
1．熱壓自然通風換氣方案
先考慮熱壓自然通風方式。目前， 由于住戶外門的密封性越來越好(尤其是采用了防盜門后，密封條件更好)，室內與樓梯間的氣流基本處于隔絕狀態(tài)，所以很難形成建筑整體的熱壓通風網絡。從另一個角度說，即使可以形成整體的熱壓通風網絡， 由于壓力的分布關系也會出現住宅樓的上層住戶樓梯間進風、從通風口向室外排風的問題(如圖1所示)。這些問題的存在都表明對一般住宅采用整體的熱壓自然通風方案并不可行。因此，應考慮采用每戶局部獨立的熱壓通風方案。
對于每戶獨立熱壓通風方案，如果只考慮在主要功能房間外墻上開一個通風口，則壓力中和面將處于通風口的中部，如圖2所示。由于通風口的尺寸不可能設計太大， 因此產生的熱壓也很小，無法提供足夠的通風換氣量。選取設計工況為：室外0℃ ，室內20℃ ；考察換氣口的尺寸為20cm×20cm，房間的平面面積為20mz，層高2．7m，此時由于室內外溫差產生的熱壓差僅為0．09Pa。此外，為了保證進入室內的空氣質量，還需要在換氣口中間增加過濾網，這樣由于過濾網帶來的壓降，很可能已大于0．09Pa，因此對于此單通風口方案而言，靠室內外溫差產生的熱壓自然通風以達到0．3次／小時的換氣次數是不可行的。
如考慮在外墻上下各開一個通風換氣口(如圖3所示)，兩個通風換氣口相距2m，換氣口尺寸仍為20×20cm ，則熱壓將達到1．72Pa?？紤]過濾網阻力和其它局部阻力，采用通風網絡法計算可知通風量將達到0．0lm。／s，換氣次數為0．67次。為了達到0．3次／小時的換氣次數，則可以將風口面積減少一半，即采用20× 1 0cmz大小的通風換氣口。該通風換氣口可考慮安裝在南邊(北方地區(qū)，冬季主導風向一般為北風或西北風， 因此北向風壓變化較大， 不易控制)并要求可以控制開閉，另外為了建筑立面上的要求，可以靈活掌握開口的位置(只要保證兩個開口之間的高差)。但也應該看到，在外墻上下各開一個通風換氣口，將增加用戶控制的復雜程度，不容易被用戶和建筑師所接受。
另外，對于TOWNHOUSE等高級住宅(其特點是一戶有上下兩層，中間通過戶內樓梯相連)，可以考慮采用在上下兩層中對應位置各開一個通風換氣口，利用熱壓自然通風來滿足冬季的通風換氣；計算表明(兩個通風換氣口相距4m，室內溫度20℃，室外溫度0℃)，熱壓能達到3．5Pa，可以考慮上下各開一個lOcm×lOcm的風口來保證住宅整體換氣量達到0．3次每小時。此方案可行性相對較大，而且通風效果比較穩(wěn)定。
基于熱壓進行住宅自然通風還可以利用專門設計的氣窗來實現。用戶解決冬季通風換氣，最直接的做法就是開窗換氣，但由于用戶通常無法掌握開窗尺度而往往達不到最優(yōu)的通風換氣量。本方案就是通過模擬計算給出用戶明確的開窗尺度，通過外窗開口處的熱壓自然通風來實現室內的新風換氣。
以下是一個對氣窗的設計方案：在兩面大窗的其中一面上下分別設計兩個可以向外平推的小窗。為用戶提供兩檔，較小的一擋為冬季檔，較大的一擋為夏季檔，冬季需要換氣時候，將小窗向外平推到冬季檔，通過小窗與大窗之間的上下兩個縫隙，進行熱壓自然通風，如圖4所示。夏季室內供冷的時候，室內外溫差較小，可以用較大的檔進行換氣。
計算表明，當上下縫隙高差為1m的時候，按照室外0℃，室內20℃考慮，熱壓將達到0．86Pa，對于冬季工況縫隙寬為0．03m，長為0．8m的時候，熱壓驅動的通風換氣量為16．1ms／hr，換氣次數恰好達到0．3次／小時。還可以考慮更簡單的氣窗設計方案，如圖5所示：采用平拉塑鋼外窗，為其設立兩個通風換氣檔(冬季檔和夏季檔)。
上文所述的基于熱壓自然通風原理的住宅通風換氣方案， 由于通風動力較小，而且進排風口位置相距較近， 因此會存在較明顯的冷熱不均的現象。接近通風換氣口的區(qū)域，空氣品質較好，但溫度較低；而離通風換氣口較遠的內區(qū)空氣品質依然得不到改善。
2．機械通風換氣方案
除了熱壓Ih然通風的方式之外，采用機械排風、Ih然補風也是一個可以考慮的方案。居室機械通風方案一般應結合浴廁排風一并考慮，而廚房抽油煙機的排風和補風系統(tǒng)應單獨考慮。設計思路為浴廁排風風機的排風量除了滿足浴廁Ih身的換氣次數之外，還應承擔主要房間的換氣通風量。Ih然進風仍然采用通風換氣口考慮，讓通風換氣口的開閉與浴廁風機的開閉連動控制。
以某一戶形為例說明具體的設計方案：按照有效通風面積(客廳、臥室共43．4mz)進行設計，0．3次換氣次數需要43．5m3／h的通風量；浴廁的面積為4．64 ，按照浴廁換氣所要求的10次換氣量計算需要125．3m3／h的通風量；鑒于二者的換氣量相差較大，可以考慮按照二檔風速來設定排風機。僅為了室內通風，可采用低檔風速；為了排出浴廁氣味或水蒸汽時候可以用高檔風速。此方案中排風機的成本稍有提高；但能確保較為穩(wěn)定的通風效果。通風換氣口可以考慮選擇在客廳或臥室的外窗下方安裝，當通風換氣口總面積達到0．2×0．2m2，則出口風速為0．3m／s，風速較低不會給人帶來冷風感。
目前，采用熱回收的機械通風方案應用也越來越普遍。此種方案的特點是初投資大，但節(jié)能效果明顯。當前市場上已有成熟的產品，這些產品均具有雙向通風、回收室內能量、過濾空氣的功能。模擬計算表明，對于常規(guī)住宅，冬季即使按照0．3次的微量換氣計算，新風帶入的負荷仍能占總體采暖負荷的36％左右，如果采用熱回收的新風換氣設備，能夠減少新風負荷50 以上，這樣總體能減少采暖負荷20％左右，節(jié)能效果比較明顯。但目前各個廠家生產的新風換氣機，設備外形類似于空調窗機，易破壞建筑立面。同時，這些設備提供的通風換氣量通常較大，最小檔的都在5次／小時以上，對于一般住宅居室是沒有必要的。這些缺點都直接影響了這些設備在民用住宅中的推廣，因此研發(fā)一種適用于住宅的熱回收機械通風設備已是當前需要解決的問題。
三、結論
本文對北方地區(qū)住宅冬季通風換氣問題進行了研究，針對達到0．3次／小時換氣次數的室內新風標準提出并比較了幾種可行方案。
方案(1)在外墻上設置專門的通風換氣口：對于一般住宅，可考慮在外墻上下方安裝聯動開閉的通風換氣口，同樣可通過熱壓Ih然通風實現冬季新風微量換氣。考慮到北方地區(qū)冬季主導風向多為北風，且住宅的主要功能房間多位于南向，所以可考慮主要在南向外墻上采用這種方案。
方案(2)與外窗結合設計：通常住宅用戶解決冬季通風換氣，最直接的做法就是開窗換氣。但由于用戶通常無法掌握開窗尺度而往往達不到最優(yōu)的通風換氣量。本方案通過模擬計算給出用戶明確的開窗尺度，以通過熱壓自然通風保證微風換氣量的要求。
方案(3)機械排風、自然補風方案：設計思路為浴廁排風風機的排風量除了滿足浴廁自身的換氣次數之外，還承擔主要功能房間的換氣通風量。自然補風仍然從專設的通風換氣口進入，讓通風換氣口的開閉與浴廁風機的開閉連動控制。一般居室需要的新風換氣量為浴廁需要的排風量的一半左右，所以浴廁的排風機可設置為兩檔風速。
方案(4)采用基于熱回收設備的機械通風方案：此種方案的特點是初投資大，但節(jié)能效果明顯。目前新風換氣機已有較為成熟的產品，但這些設備通常體積較大，而且換氣量較大。這些缺點都直接影響了這些設備在民用住宅中的推廣。因此開發(fā)一種適用于住宅的熱回收機械通風設備已是當前需要解決的問題。
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