室內(nèi)通風(fēng)效果對(duì)空氣齡的影響分析

惠大好 狄育慧

西安工程大學(xué)城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院（710048）

0 引言

人們?cè)谖镔|(zhì)生活水平逐步提高的同時(shí)，對(duì)居住環(huán)境也有了新的要求。 通風(fēng)效果明顯于否，直接影響人們的生活環(huán)境和健康狀態(tài)。 最近幾十年來，許多國家/地區(qū)的室內(nèi)空氣質(zhì)量一直不太樂觀， 出現(xiàn)一系列的 “病態(tài)建筑綜合癥”-SBS （Sick Building Syndrome）[1-4]。 建筑通風(fēng)是一個(gè)非常重要的問題,因?yàn)樾枰纳剖覂?nèi)空氣質(zhì)量,為居住者提供一個(gè)舒適的環(huán)境， 為達(dá)到節(jié)能和舒適的室內(nèi)環(huán)境的目的,必須采用適當(dāng)?shù)耐L(fēng)策略。

1 國內(nèi)外通風(fēng)效果研究

自然通風(fēng)根據(jù)其驅(qū)動(dòng)力的來源可以分為三類，即風(fēng)壓通風(fēng)、熱壓通風(fēng)、風(fēng)壓與熱壓共同作用下的通風(fēng)。 建筑物、障礙物下方的自然風(fēng)流是大氣邊界層中不可壓縮的低速氣流，與質(zhì)量、能量和動(dòng)量守恒相一致。

K·Visagavel 等人[5]通過 CFD 軟件分析，結(jié)果表明，與進(jìn)風(fēng)量相比，增加窗高時(shí)，進(jìn)風(fēng)的速度也隨之加大，單側(cè)開窗通風(fēng)效率明顯低于穿堂風(fēng)的通風(fēng)效率。 Chang·T·J 等人[6]研究了室內(nèi)氣流流動(dòng)、自然通風(fēng)等房間通風(fēng)途徑對(duì)室內(nèi)污染物排出效果的影響。譚剛等人[7]在住宅建筑自然通風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，分析氣流流動(dòng)場的分布情況，進(jìn)而通過改善室內(nèi)的布局來提高居住環(huán)境質(zhì)量。

2 建筑物室內(nèi)外的空氣齡研究

桑德伯格學(xué)者在20 世紀(jì)80 年代提出了空氣齡[8]。空氣齡是空氣進(jìn)入房間的時(shí)間。它不僅反映了室內(nèi)空氣的新鮮度， 還反映了去除污染物的能力。它可以全面測量房間通風(fēng)的效果，并揭示室內(nèi)空氣的流動(dòng)形態(tài)， 它是評(píng)估室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，為合理選擇氣流組織形式提供了依據(jù)[9]。 空氣齡的物理含義更容易為人們所接受，一般來說，空氣齡數(shù)值越小，空氣越新鮮，空氣質(zhì)量越好。 空氣齡數(shù)值與換氣效率呈負(fù)相關(guān)。 通常，在檢查房間通風(fēng)情況時(shí)，使用示蹤氣體法和相關(guān)公式的組合來計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的空氣齡。 研究人員使用示蹤氣體衰減技術(shù)來測量空氣齡，尤其是通過脈沖、上升、下降法。 根據(jù)空氣年齡的組成方程和空氣齡的測量方法，可得出空氣齡的相關(guān)輸運(yùn)方程[10]。

2.1 建筑物室外的空氣齡研究

現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地的建筑物也隨之拔地而起，當(dāng)小區(qū)附近建有多座大廈時(shí)，小區(qū)的通風(fēng)效果也隨之增加而下降。 在建小區(qū)之間應(yīng)合理分析該位置的風(fēng)玫瑰圖，避免導(dǎo)致通風(fēng)效果不佳的情況發(fā)生。 有結(jié)果表明[11]，小區(qū)內(nèi)的建筑與單體建筑相比，空氣齡數(shù)值增加一倍，貫流通風(fēng)和錯(cuò)位通風(fēng)兩種布置方式下的空氣齡分布值較低，但依然大于單體建筑的空氣齡。

2.2 建筑物室內(nèi)的空氣齡研究

高義人[12]認(rèn)為，當(dāng)人體正面迎風(fēng)時(shí)，由于射流可以到達(dá)嘴和鼻子附近的區(qū)域， 與側(cè)面迎風(fēng)相比，呼吸區(qū)的空氣更加新鮮。 隨著通風(fēng)率的增加，出口處的空氣供應(yīng)速率也會(huì)增加，從而允許新鮮空氣更快地流向人的呼吸區(qū)域，人呼吸區(qū)域中的空氣齡減小。空氣齡隨風(fēng)口高度的增加而增加，但增加的幅度比較小，因此風(fēng)口高度對(duì)呼吸區(qū)空氣品質(zhì)的影響可忽略。

周超斌[13]研究發(fā)現(xiàn)，主臥室中的平均風(fēng)速、小臥室中的平均空氣齡與相鄰建筑物的密度呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)PAD=15%時(shí)，房間最佳通風(fēng)效果是自然通風(fēng)。 在室外計(jì)算中，僅考慮穩(wěn)定的風(fēng)速和風(fēng)向，但在實(shí)際測試中，室外風(fēng)向和風(fēng)速會(huì)不時(shí)發(fā)生變化，簡單的數(shù)值模擬必然與實(shí)際情況有所不同。 如果風(fēng)向相對(duì)穩(wěn)定，則房間通風(fēng)和空氣齡的模擬值和測量值會(huì)更好地與測量值匹配。 即使關(guān)閉臥室門，打開外部窗戶也可使外部空氣進(jìn)入房間，從而確保房間自然通風(fēng)。

鄔杰[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著建筑物開口大小變化率的增加，室內(nèi)平均空氣齡減少，通風(fēng)效果改善，這是由于增加了內(nèi)門和開口的開孔面積，從而確保了有效通風(fēng)面積。 由通風(fēng)公式可以看出，假設(shè)風(fēng)壓恒定，增加有效通風(fēng)面積將增加通風(fēng)量和換氣次數(shù)。 研究建筑物開口對(duì)室內(nèi)自然通風(fēng)的影響非常重要。 開孔因素主要體現(xiàn)在開孔尺寸，窗框高度，開啟方法，開孔導(dǎo)流等方面。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

①空氣齡作為室內(nèi)健康通風(fēng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，空氣齡300 s 內(nèi)時(shí)室內(nèi)通風(fēng)較好。 ②根據(jù)文獻(xiàn)[15]，在工作時(shí)的舒適風(fēng)速為0.25～1.0 m/s，把該風(fēng)速范圍占據(jù)的面積比例作為評(píng)價(jià)室內(nèi)氣流效果的技術(shù)指標(biāo)。

3 結(jié)論

對(duì)空氣齡影響最為關(guān)鍵、最為節(jié)能的因素為自然通風(fēng)； 空氣齡直接對(duì)室內(nèi)氣流組織產(chǎn)生影響，空氣齡與氣流組織、空氣品質(zhì)之間呈負(fù)相關(guān)。