不同送回風方式對主動式置換通風住宅室內環境的影響

田 柳 盧 軍 呂懌非 王文卓

（1.重慶大學 重慶 400044；2.西安建筑科技大學 西安 710055）

0 引言

室內環境是人類生存和活動的重要場所，城市居民每天90%的時間是在各種室內環境中度過的。室內環境質量與人體健康息息相關[1]，室內環境對人體健康的影響越來越受國內外學者的關注[2]。隨著人類生活品質的提高，室內污染源大量增加，為了控制或除去這些有害的污染物保障人體健康，同時提供一定的熱舒適性，必須對室內溫度、通風和污染物的濃度進行控制。置換通風是一種全新的通風方式，研究結果表明，在采用置換通風方式下的空調房間內具有較好的熱舒適環境[3]并能提高室內的空氣品質[3,4]，可為人們提供節能、環保和舒適健康型的工作生活空間。從通風空調角度研究IAQ的方法主要有模型實驗和計算流體力學（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法[5,6]，CFD以成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同的工況等獨特的優點，越來越受到人們的青睞。本文采用CFD方法，分別針對三種不同的送回風方式下主動式置換通風住宅建筑冬季和夏季室內速度場和污染物濃度（CO2和PM2.5）場分布進行模擬，借此分析不同送回風方式對置換通風住宅室內環境的影響。

1 模型建立

選取成都市某小區三室兩廳戶型為典型戶型。典型戶型的門窗為關閉狀態，不考慮室外風場的影響。送風口固定于面向人體的側墻上0.6m高度處，送風氣流從進風口流入室內，與房間空氣混合后從回風口排出[7]。根據送回風口不同的布置方式分成3種工況對室內氣流組織進行分析，具體的房間模型見圖1。

圖1 三種送回風口布置方式的房間模型圖Fig.1 The modeling diagrams of inlets and outlets locations

本模型中為便于計算假定室內人體CO2的釋放量為0.11g/s，室外CO2的含量為0.03%。PM2.5模擬過程采用單分散顆粒入口[8]，入口顆粒的粒徑為1μm，密度為783kg/m3，空氣為連續項，并采用不可壓縮流體描述，密度為1.225kg/m3，氣-固兩相間的曳力系數，采用schiller-naumann關聯式，假定人體作為PM2.5發生源的強度為每人0.0916μg/s，冬夏季辦公室新風機入口各風口PM2.5濃度為142mg/m3。入口采用速度入口邊界條件，出口采用壓力出口邊界條件。

2 模擬結果分析與討論

2.1 速度場的數值模擬與分析

2.1.1 夏季室內風場模擬結果

夏季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）空氣流速分布如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 單送單回室內空氣流速分布圖Fig.2 The air flow velocity distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，夏季新風送回風口采用單送單回方式時，室內送回風口處風速達到0.7m/s，室內其他部分風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.023m/s。

圖3 多送單回室內空氣流速分布圖Fig.3 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，進回風口采用多送單回方式時，室內送回風口處的風速最大接近0.3m/s，室內其他部分風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.0051m/s。

圖4 多送多回室內空氣流速分布圖Fig.4 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風進回風口采用多送多回方式時，室內送回風口處的最大風速接近0.3m/s，室內其他位置風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.0058m/s。

2.1.2 冬季室內風場模擬結果

冬季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）空氣流速分布如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 單送單回室內空氣流速分布圖Fig.5 The air flow velocity distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，冬季新風的送回風口采用單送單回方式時，室內送回風口處風速達到0.70m/s，室內其他部分風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.023m/s。

圖6 多送單回室內空氣流速分布圖Fig.6 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新風的進回風口采用多送單回方式時，室內送回風口處的風速最大接近0.3m/s，室內其他部分風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.016m/s。

圖7 多送多回室內空氣流速分布圖Fig.7 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風的進回風口采用多送多回方式時，室內送回風口處的最大風速接近0.3m/s，室內其他部分風速在0～0.2m/s之間，1.5m高處室內平均風速為0.014m/s。

新風的送回風口采用單送單回方式時的送風口速度最大達到0.77m/s，且只有客廳一個送風口，造成送風口處局部速度偏大，主臥和單臥的風速接近零。

2.2 室內CO2濃度模擬結果

2.2.1 夏季室內CO2濃度模擬結果

夏季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）室內CO2質量分數分布如圖8、圖9和圖10所示。

圖8 單送單回室內CO2質量分數分布圖Fig.8 The CO2mass fraction distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，新風的送回風口采用單送單回方式時，室內CO2質量分數在0～0.22%之間，室內平均CO2質量分數為0.15%。

圖9 多送單回室內CO2質量分數分布圖Fig.9 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新風的送回風口采用多送單回方式時，室內CO2質量分數在0～0.20% 之間，室內平均CO2質量分數為0.14%。

圖10 多送多回室內CO2質量分數分布圖Fig.10 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風的送回風口采用多送多回方式時，室內CO2質量分數在0～0.16%之間，室內平均CO2質量分數為0.14%。

2.2.2 冬季室內CO2濃度模擬結果

冬季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）室內CO2質量分數分布如圖11、圖12和圖13所示。

圖11 單送單回室內CO2質量分數分布圖Fig.11 The CO2mass fraction distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，新風的送回風口采用單送單回方式時，室內CO2質量分數在0～0.25%之間，室內平均CO2質量分數為0.152%。

圖12 多送單回室內CO2質量分數分布圖Fig.12 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新風的送回風口采用多送單回方式時，室內CO2質量分數在0～0.25%之間，室內平均CO2質量分數為0.15%。

圖13 多送多回室內CO2質量分數分布圖Fig.13 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風的送回風口采用多送多回方式時，室內CO2質量分數在0～0.25%之間，室內平均CO2質量分數為0.147%。

2.3 室內PM2.5濃度模擬結果

2.3.1 夏季室內PM2.5濃度模擬結果

夏季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）室內PM2.5濃度分布如圖14、圖15和圖16所示。

圖14 單送單回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.14 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of an inlet and an outlet

圖15 多送單回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.15 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

圖16 多送多回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.16 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風的送回風口采用單送單回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.209kg/m3；新風的送回風口采用多送單回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.108kg/m3；新風的送回風口采用多送多回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.083kg/m3。

2.3.2 冬季室內PM2.5濃度模擬結果

冬季新風的進回風口采用單送單回、多送單回、多送多回三種方式的室內送風口處（距地面0.60m）、1.5m高度處和室內回風口處（距地面2.2m）室內PM2.5濃度分布如圖17、圖18和圖19所示。

圖17 單送單回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.17 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of an inlet and an outlet

圖18 多送單回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.18 The PM2.5mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

圖19 多送多回室內室內PM2.5質量濃度分布圖Fig.19 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新風的送回風口采用單送單回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.021kg/m3；新風的送回風口采用多送單回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.040kg/m3；新風的送回風口采用多送多回方式時，室內平均PM2.5質量濃度為0.033kg/m3。

3 結論

（1）室內風速、室內CO2濃度和室內PM2.5濃度，與新風的送風口的位置與數量最為密切。

（2）新風采用單送單回方式時，由于送風口局部風速較大，在主臥和次臥的風速接近為零，因此通風明顯弱于多送單回與多送多回方式。

（3）冬夏季室內CO2濃度：單送單回＞多送單回＞多送多回，且在同一工況下冬季室內CO2濃度普遍高于夏季。

（4）夏季室內PM2.5濃度：單送單回＞多送單回＞多送多回，冬季室內PM2.5濃度：多送單回＞多送多回＞單送單回，且在同一工況下夏季室內PM2.5濃度普遍高于冬季。

（5）新風的回風口的位置與數量，也會影響建筑物的風速、CO2質量分數、室內溫度和PM2.5濃度。