淺析被動式新風系統室外顆粒物對室內環境的影響

任毅

摘 要：新風系統在住宅內的運用越來越多，被動式新風系統也被廣泛地運用，但是隨著大氣污染越來越嚴重，室外的顆粒物濃度遠遠超標。在被動式新風系統下，室外顆粒物污染對室內環境會造成什么樣的影響，將運用CFD模擬并作簡要的分析。

關鍵詞：被動式新風系統；顆粒物；室內環境；新風

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.016

大氣污染已成為人類所面臨的最為嚴重的危機之一，而大氣中的懸浮顆粒物則是大氣污染的主要因素。懸浮顆粒物中主要有粉塵、煤煙及煙霧等各種固態或液態顆粒。按照其粒徑的大小可分為：粒徑≤100 μm的總懸浮顆粒物（TSP）、粒徑≤10 μm的可吸入顆粒物（PM10）與粒徑≤2.5 μm的小顆粒物（PM2.5）。其中，粒徑≤10 μm的可吸入顆粒物能在大氣中停留幾天或數十天，漂浮范圍從幾公里到上千公里，幾乎不能靠重力沉降，并且可吸入顆粒物的表面吸附有大量的有毒有害物質，它們不僅會影響大氣能見度和氣候，更會對人體健康造成嚴重的威脅。

隨著室外環境的不斷惡化，PM10的數值最近不斷地爆表，上海地區2014年PM10的監測數據如圖1所示，單位：μg/m3。

圖1 上海地區2014年PM10的監測數據

隨著大家對空氣質量的要求越來越高，新風系統在住宅內的運用越來越多。住宅的新風系統一般采用新風處理機、全熱交換器和被動式新風系統。而被動式新風系統由于系統形式簡單、沒有多余管線、設備投資少而被廣泛采用。

被動式新風系統是從衛生間排風，臥室、客廳燈房間設置自然進風口。由衛生間形成排風的負壓，從而從自然進風口引入室外的新風，以此滿足人們對新風的要求，提高居住的品質和舒適度。

由于新風取自室外，且新風口一般不會設置過濾裝置，那么，在室外顆粒物濃度較大的情況下，在開啟被動式新風系統后，室外的顆粒物通過新風系統進入室內后，會對室內環境造成什么樣的影響呢？這是本文主要要模擬的情況。

1 模型的建立

選取一個典型的2室2廳的房間進行模擬，建筑圖如圖2所示。

根據建筑圖構建模型，陽臺按照露天室外考慮，主臥、次臥和客廳各設置一個被動式新風口，在廁所設置排風扇一處，房間凈高按照2.7 m考慮，衛生間按照設置吊頂、高度為2.4 m考慮。被動式新風口設置在2.1 m的高度，衛生間排氣扇設置在衛生間吊頂頂部，房間與房間的門按照全部敞開，門高為2 m。根據建筑圖建立如下模型。

模擬的過程中考慮幾處簡化：①房間除了被動式新風口，其余門窗都不考慮滲漏風；②顆粒物不沉降、不凝并，都處于漂浮狀態，忽略室內熱環境對顆粒物的影響，并不考慮室內顆粒物；③假設模擬時間段內室外顆粒物濃度為定值（由于模擬時間較短，可認為短時間內顆粒物濃度為定值）。

圖2 模擬房間

依據模擬過程考慮的簡化，可對模擬的模型做相應的簡化。由于不考慮滲漏風影響，廚房沒有被動式新風入口，可在模型內忽略此部分。得出簡化后的模型如圖4所示。

圖3 模型示意圖 圖4 簡化后的模型

2 模擬的邊界條件

2.1 新風量

戶型套內面積72 m2。按照換氣次數計算新風量。依據規范《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736—2012）中表3.0.6-2計算室內新風量，計算結果如表1所示。

按照居住3口之家考慮，人均應在20 m2

2.2 室外顆粒物濃度

PM10全年的平均值在73 μg/m3，還屬于在良好的范圍內。本次模擬按照極端的極限情況，即室外PM10的濃度在300 μg/m3的情況下進行模擬。

2.3 邊界條件

假定邊界條件：①假設通風效果良好，對此形式進行模擬，得出室內的顆粒物濃度場；②粒子在被動式新風口為射入，所有的壁面考慮為反彈，在風扇出口粒子設置為逃逸；③采用非穩態時間。

3 模擬結果

先對流場進行模擬，在838S大約14 min時，流場收斂達到穩態。然后設置粒子源，分別模擬300S、600S、900S時室內顆粒物的濃度場，得出如圖5的結果。由于增加了顆粒物相，流體的穩態收斂時間有所增加。

（a）300S時顆粒物濃度場矢量 （b）600S時顆粒物濃度場矢量

（c）900S時顆粒物濃度場矢量 （d）達到穩態時顆粒物濃度分布

圖5 流場模擬結果

4 模擬結果的分析

4.1 流場結果分析

從流場上可以看出，被動式新風口在靠近墻壁設置時有明顯的貼附現象，流動沿墻壁貼附向前，然后側向進行擴散。而如果設置在靠近中間的位置，則可充分發展。在設置被動式新風口一側的對側為氣流死區。

從流場上分析可知：①被動式新風口的安裝位置最好在房間的中間，這樣氣流可以充分地發展，并與室內的空氣參混。②被動式新風口如果貼墻設置，最好和門在兩側設置。由于氣流的貼附現象比較嚴重，與房門在對側時氣流參混和發展較好，而和門在同側的情況下，未與室內空氣完全參混即從門處排至其他房間。③從圖4中可以看出，氣流幾乎參混了70%以上的房間面積，幾乎15 min就達到氣流的穩態。可以說，被動式新風系統能較好地解決室內新風的問題。

4.2 顆粒物濃度場分析

從顆粒物的濃度場可以看出，300S顆粒物的發展與流場的發展基本一致，到600S時顆粒物的發展和流場的發展出現較大的偏差，隨后粒子開始在室內擴散。由于排風只是在廁所內排出，排風的流場影響范圍小，因此粒子從排風處排出的數量較少，大部分的粒子在室內擴散及沉積。

進入室內后，顆粒物隨氣流運動，入口部分粒子主要隨氣流運動，擴散較小。隨著新風逐漸與室內參混，新風對粒子的攜帶能力也開始下降，顆粒物在離開被動式新風口后開始在室內擴散。

5 結束語

被動式新風能較好地解決室內的新風問題，創造良好的室內環境，但是在室外污染物比較嚴重的情況下，被動式新風口又無法安裝有效的過濾裝置，室內環境在較短的時間內會達到室外污染物的水平。所以建議在安裝被動式新風系統的情況下，且室外污染物指標較高時，不要開啟被動式新風系統。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕