寧波市中小學(xué)校教室空氣質(zhì)量與通風(fēng)適宜方案研究

林 敏，毛艷輝，應(yīng) 融，張 琪

（1.寧波華聰建筑節(jié)能科技有限公司，浙江 寧波 315040；2.寧波工程學(xué)院，浙江 寧波 315211）

相關(guān)研究表明，當(dāng)前我國(guó)建筑師在對(duì)教學(xué)樓和教室進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)建筑造型、采光、隔聲方面都考慮充分，但缺乏對(duì)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量的考慮，容易造成教室內(nèi)新風(fēng)量不足導(dǎo)致 CO2濃度超標(biāo)的問(wèn)題，并且不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教室內(nèi) CO2濃度限值與最小新風(fēng)量的規(guī)定存在一定的分歧[1-2]。由于室內(nèi)通風(fēng)形式多樣，所以難以通過(guò)實(shí)際工程開(kāi)展運(yùn)行效果研究。本文立足于浙江省寧波市中小學(xué)校教室空氣質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)研分析，在已有的建筑通風(fēng)換氣技術(shù)體系基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際工程改造試點(diǎn)，在全市范圍內(nèi)選擇了3所學(xué)校的6間教室作為試點(diǎn)空間并安裝機(jī)械通風(fēng)裝置。通過(guò)設(shè)計(jì)合理可行的監(jiān)測(cè)方案對(duì)試點(diǎn)教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文以 CO2濃度作為研究的主要指標(biāo)[3]，分析通風(fēng)裝置啟停狀態(tài)下的室內(nèi) CO2濃度變化，并結(jié)合 CFD 數(shù)值模擬技術(shù)，評(píng)價(jià)不同通風(fēng)方式對(duì)教室室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響。通過(guò)實(shí)際工程改造與連續(xù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬的結(jié)合，較好地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在時(shí)間上的連續(xù)性和室內(nèi)氣體濃度變化在空間上的全方位觀察，較為全面地對(duì)比分析了中小學(xué)校教室內(nèi)各種自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)方式的運(yùn)行效果。

現(xiàn)階段寧波市各中小學(xué)教室內(nèi)基本未安裝空調(diào)，無(wú)獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，室外新風(fēng)主要由門(mén)縫或短時(shí)間開(kāi)啟門(mén)窗獲得。根據(jù)寧波市衛(wèi)生監(jiān)督所的測(cè)試反饋，目前中小學(xué)教室在設(shè)計(jì)階段雖滿足通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但大多數(shù)教室未安裝新風(fēng)系統(tǒng)，在冬季窗戶關(guān)閉時(shí)，室內(nèi)空氣流通不暢，教室內(nèi)空氣質(zhì)量較差。中小學(xué)生長(zhǎng)期處于這樣的環(huán)境中，將成為季節(jié)性傳染病的高發(fā)群體。因此研究寧波市中小學(xué)校教室的空氣質(zhì)量現(xiàn)狀與通風(fēng)適宜方案具有顯著的社會(huì)效益，并對(duì)今后制定寧波市中小學(xué)校教室新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的地方工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)具有參考價(jià)值。

1 寧波市中小學(xué)校教室空氣質(zhì)量調(diào)研情況

為了解寧波市中小學(xué)校在寒冷季節(jié)教室內(nèi)空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，以便為有效的保持寒冷季節(jié)教室空氣質(zhì)量提供依據(jù)，本研究對(duì)寧波市3所學(xué)校的6間教室展開(kāi)了室內(nèi)空氣質(zhì)量的調(diào)研工作。調(diào)研對(duì)象包括2所完全小學(xué)的4間小學(xué)教室和1所九年一貫制學(xué)校中的2間初中教室，同一所學(xué)校的2間教室室內(nèi)面積和體積相同。在項(xiàng)目選擇上兼顧了學(xué)校所處位置的地域分布。不同于其他研究報(bào)告，一般情況下，多數(shù)調(diào)研采用的檢測(cè)設(shè)備為便攜式，僅能測(cè)量某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)此類數(shù)據(jù)來(lái)判斷該項(xiàng)指標(biāo)是否超標(biāo)，具有一定的偶然性。本次調(diào)研通過(guò)安裝室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，對(duì)教室進(jìn)行全天候的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)采集，可根據(jù)需求觀察任意時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段的變化，從而解決了時(shí)間上的連續(xù)性問(wèn)題。

1.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

從室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，選取冬季某典型日的室內(nèi) CO2濃度變化曲線，詳見(jiàn)圖 1～圖 6。

圖1 某小學(xué) A（1 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

圖2 某小學(xué) A（2 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

圖3 某小學(xué) B（1 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

圖4 某小學(xué) B（2 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

圖5 某初中 A（1 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

圖6 某初中 A（2 班）室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值

1.2 結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入教室后，CO2濃度快速升高；下課后，由于下課期間教室門(mén)打開(kāi)，新風(fēng)量增加，并有學(xué)生進(jìn)出教室，造成室內(nèi) CO2釋放源減少，因此 CO2濃度先到達(dá)階段性峰值，隨后下降。下節(jié)課開(kāi)始后，CO2濃度又持續(xù)攀升。如此循環(huán)往復(fù)，直至學(xué)校放學(xué)，室內(nèi) CO2又逐漸恢復(fù)至上課前的水平。監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 寧波市中小學(xué)校教室寒冷季節(jié) CO2 濃度情況

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知以下內(nèi)容。

（1）寧波市室外 CO2體積分?jǐn)?shù)約為 0.04%，與公布的大氣 CO2濃度數(shù)據(jù)吻合[4]。不同的測(cè)試點(diǎn)室內(nèi) CO2初始濃度略有差異，由此可見(jiàn)，項(xiàng)目所處環(huán)境及地理位置、室外空氣質(zhì)量、室內(nèi)外空氣流通情況等情況均會(huì)對(duì)室內(nèi) CO2濃度高低產(chǎn)生一定的影響。

（2）兩所小學(xué)的教室室內(nèi) CO2濃度在學(xué)生到達(dá)教室后約70min 左右達(dá)到1000 ×10-6的標(biāo)準(zhǔn)限值[2]，濃度平均上升速度為（8.0～8.5）×10-6/min，而初中教室室內(nèi) CO2濃度在學(xué)生到達(dá)教室后 20～30 min 內(nèi)就達(dá)到了1000 ×10-6的標(biāo)準(zhǔn)限值，濃度平均上升速度為（20.0～28.4）×10-6/min。這說(shuō)明教室人數(shù)是室內(nèi) CO2濃度上升速度的影響因素之一。此外，隨著年齡增長(zhǎng)，初中生呼吸的 CO2排放量較小學(xué)生有明顯增長(zhǎng)。

（3）測(cè)試的小學(xué)教室室內(nèi) CO2濃度基本于 11:00 左右達(dá)到一天中的最高值，而初中教室則于 10:00 左右就達(dá)到了一天中的最高值，這也與初中生的 CO2排放量較大以及測(cè)試中學(xué)教室人數(shù)較多有關(guān)。另外，其中一間小學(xué)教室的室內(nèi) CO2濃度最高出現(xiàn)在下午時(shí)間段。這說(shuō)明教室室內(nèi) CO2濃度的達(dá)峰時(shí)間與班級(jí)課程安排、課間學(xué)生活動(dòng)情況（室內(nèi)人員密度變化）、開(kāi)閉門(mén)窗行為等情況也存在一定的關(guān)系。

（4）不同的測(cè)試點(diǎn)達(dá)到的室內(nèi) CO2濃度最高值有所差異，超標(biāo)倍數(shù)從 1.9～4.2 倍不等。這說(shuō)明室內(nèi)空間大小、室內(nèi)人員密度、室外風(fēng)速和風(fēng)壓以及門(mén)窗開(kāi)啟程度，甚至室內(nèi)儲(chǔ)放物品多少與種類等情況都是室內(nèi) CO2濃度高低的影響因素。

（5）學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，不同的測(cè)試點(diǎn)中，室內(nèi) CO2最少濃度有 44.9% 的時(shí)間處于超標(biāo)狀態(tài)，最高甚至達(dá)到 90.3%。室內(nèi) CO2濃度不達(dá)標(biāo)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和健康狀況會(huì)產(chǎn)生一定的影響，有必要采取措施降低室內(nèi) CO2濃度。

2 寧波市中小學(xué)校教室通風(fēng)改造試點(diǎn)

為了對(duì)比不同的通風(fēng)方案，本次研究按照規(guī)范要求的最小新風(fēng)量設(shè)計(jì)室內(nèi)通風(fēng)換氣改善方案，并通過(guò)試點(diǎn)教室的實(shí)際工程改造，測(cè)試不同的通風(fēng)改造方案對(duì)教室室內(nèi) CO2濃度的影響效果[5]。改造試點(diǎn)工程主要測(cè)試了排氣扇和新風(fēng)機(jī)兩種機(jī)械通風(fēng)方式，并分別對(duì)比分析了教室開(kāi)窗和門(mén)窗緊閉時(shí)兩種方式的處理效果。

2.1 基礎(chǔ)條件

（1）根據(jù)中小學(xué)校教室的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，教室均有外墻和外窗，為引入室外新風(fēng)提供了條件。

（2）每間教室外側(cè)均有走廊，新風(fēng)機(jī)可吊頂安裝在走廊內(nèi)，減少對(duì)室內(nèi)的影響。

（3）教室外窗均有足夠面積安裝排氣扇。

（4）同一所學(xué)校的2間教室室內(nèi)面積和體積相同。

2.2 通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算

根據(jù) GB 50099—2011《中小學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》，室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)控制在 2.5 次/h 左右可有效排除室內(nèi)污染物。在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，選取的設(shè)備噪聲不至于過(guò)高，從而營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。因此本研究選擇1臺(tái)某品牌新風(fēng)機(jī)（額定風(fēng)量為720m3/h）及2臺(tái)某品牌排氣扇（額定風(fēng)量為400m3/h）作為通風(fēng)設(shè)備。3 所中小學(xué)校的6間典型目標(biāo)教室的選型計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。其中初中教室室內(nèi)換氣次數(shù)略低于規(guī)范要求的 3.5 次/h，考慮到項(xiàng)目采購(gòu)所選品牌下一檔產(chǎn)品的額定風(fēng)量過(guò)大，也考慮到采購(gòu)的統(tǒng)一性和經(jīng)濟(jì)性，因此以此作為測(cè)試方案。

表2 學(xué)校教室通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算匯總

2.3 室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本研究利用便捷實(shí)用的室內(nèi)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在每個(gè)教室布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，依托數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)认到y(tǒng)，利用先進(jìn)的云平臺(tái)技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并上傳匯總。其中 CO2傳感器量程為（0～6000）×10-6，分辨率為 1×10-6。

2.4 平面布置

（1）新風(fēng)機(jī)改造方案。在教室門(mén)外走廊中間位置吊頂安裝1臺(tái)風(fēng)量為720m3/h 的新風(fēng)機(jī)，距地安裝高度為 2.5～2.8 m。新風(fēng)機(jī)由室外取新風(fēng)，接320mm×250 mm 風(fēng)管由教室上方穿墻進(jìn)入室內(nèi)，貼教室側(cè)墻布置兩個(gè)送風(fēng)口（雙層百葉）均勻送風(fēng)（側(cè)送風(fēng)），教室另一側(cè)前后門(mén)底部各開(kāi)500 mm×300 mm 單層百葉作為排風(fēng)口，確保室內(nèi)形成有效氣流組織。

（2）排氣扇改造方案。在教室前后遠(yuǎn)離門(mén)側(cè)外窗固定扇位置分別安裝1臺(tái)風(fēng)量為400m3/h 的排氣扇（將部分外窗玻璃卸下后安裝排氣扇），距地安裝高度為 2.5～2.7 m。教室前后門(mén)底部開(kāi)500mm×300 mm 單層百葉作為進(jìn)風(fēng)口，確保室內(nèi)形成有效氣流組織。

2.5 改造試點(diǎn)工程實(shí)施結(jié)果

本改造工程風(fēng)管采用成品矩形彩鋼風(fēng)管，顏色為乳白色。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，整體美觀、簡(jiǎn)潔，與教室整體融合度較高。設(shè)備選用小型靜音型新風(fēng)機(jī)，噪聲僅為34dB，排氣扇為雙速控制，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲也僅為38dB，基本等同于室外環(huán)境噪聲，對(duì)學(xué)生上課未產(chǎn)生不利影響。送風(fēng)口送風(fēng)均勻，下方學(xué)生無(wú)明顯風(fēng)吹感。另外，本改造工程選用的新風(fēng)機(jī)采用低能耗電機(jī)，額定功率僅70W，排風(fēng)扇額定功率為58W，設(shè)備應(yīng)用于學(xué)校按最大風(fēng)量每天運(yùn)行8h，200 d 電費(fèi) ≤100元（電費(fèi)按 0.6 元/kWh 計(jì)算），因此增加的能耗費(fèi)用可忽略不計(jì)。

通過(guò)上述改造情況可知，在兩類典型教室內(nèi)安裝吊頂式新風(fēng)機(jī)或排氣扇后，教室內(nèi)設(shè)計(jì)通風(fēng)換氣次數(shù)均可達(dá)到 2.5 次/h 以上。通過(guò)室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)教室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，可實(shí)時(shí)掌握室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。

2.6 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與分析

為了研究不同新風(fēng)方式在不同工況下對(duì)室內(nèi) CO2濃度的影響效果，并考慮到學(xué)校教室日常的自然通風(fēng)習(xí)慣，本研究在教室開(kāi)窗和門(mén)窗緊閉時(shí)分別進(jìn)行了測(cè)試；并對(duì)教室內(nèi)關(guān)、開(kāi)新風(fēng)機(jī)或排氣扇時(shí)的室內(nèi) CO2濃度進(jìn)行了連續(xù)2d 的觀測(cè)與對(duì)比。室內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置在前排教師講課桌上，以測(cè)量學(xué)生呼吸區(qū)的 CO2濃度。下面以某小學(xué)的2間試點(diǎn)教室監(jiān)測(cè)結(jié)果為例進(jìn)行分析。

2.6.1 教室開(kāi)窗時(shí)新風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)

圖7 中虛線為冬季某日未開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)時(shí)的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況。7:30 左右教室室內(nèi) CO2濃度開(kāi)始急劇上升，7:30～17:00 學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 6.0%，CO2濃度當(dāng)日峰值為1135×10-6。實(shí)線為次日開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)后的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況，當(dāng)日學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 41.1%，CO2濃度當(dāng)日峰值為1414 ×10-6。從圖7中曲線比對(duì)可以看出，在教室開(kāi)窗的情況下，由于受外界氣候條件如室外空氣質(zhì)量變化、風(fēng)速、風(fēng)壓等的影響，開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)對(duì)降低教室室內(nèi) CO2濃度未能產(chǎn)生良好的效果。

圖7 教室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值（開(kāi)窗時(shí)新風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)對(duì)比）

2.6.2 教室開(kāi)窗時(shí)排氣扇開(kāi)關(guān)

圖8 中虛線為冬季某日未開(kāi)啟排氣扇時(shí)的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況。7:30 左右教室室內(nèi) CO2濃度開(kāi)始急劇上升，7:30～17:00 學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 49.9%，CO2濃度當(dāng)日峰值為1898 ×10-6。實(shí)線為次日開(kāi)啟排氣扇后的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況，當(dāng)日學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 59.3%，CO2濃度當(dāng)日峰值為1538 ×10-6。從圖8中曲線比對(duì)可以看出，在教室開(kāi)窗的情況下，由于受外界氣候條件如室外空氣質(zhì)量變化、風(fēng)速、風(fēng)壓等的影響，開(kāi)啟排氣扇對(duì)降低教室室內(nèi) CO2濃度同樣未能產(chǎn)生良好的效果。

圖8 教室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值（開(kāi)窗時(shí)排氣扇開(kāi)關(guān)對(duì)比）

2.6.3 教室門(mén)窗緊閉時(shí)新風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)

圖9 中虛線為冬季某日未開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)時(shí)的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況。7:30 左右教室室內(nèi) CO2濃度開(kāi)始急劇上升，7:30～17:00 學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 21.3%，CO2濃度當(dāng)日峰值為2077×10-6。實(shí)線為次日開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)后的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況，當(dāng)日學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度全部達(dá)標(biāo)，CO2濃度當(dāng)日峰值僅為 879×10-6。從圖9中曲線比對(duì)可以看出，在教室門(mén)窗緊閉的情況下，外界氣候條件對(duì)室內(nèi) CO2濃度的影響減弱，此時(shí)開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)對(duì)降低教室室內(nèi) CO2濃度產(chǎn)生了顯著的效果。學(xué)生進(jìn)入教室后，室內(nèi) CO2濃度如常上升，當(dāng)新風(fēng)機(jī)開(kāi)啟并完成室內(nèi)換氣后，室內(nèi) CO2濃度始終維持在教室無(wú)人狀態(tài)時(shí)的水平，表明新風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量滿足該教室稀釋室內(nèi) CO2濃度要求，室內(nèi) CO2濃度得到有效控制。

圖9 教室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值（門(mén)窗密閉時(shí)新風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)對(duì)比）

2.6.4 教室門(mén)窗緊閉時(shí)排風(fēng)扇開(kāi)關(guān)

圖10 中虛線為冬季某日未開(kāi)啟排氣扇時(shí)的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況。7:30 左右教室室內(nèi) CO2濃度開(kāi)始急劇上升，7:30～17:00 學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率為 46.6%，CO2濃度當(dāng)日峰值為2406×10-6。實(shí)線為次日開(kāi)啟排氣扇后的教室室內(nèi) CO2濃度變化情況，當(dāng)日學(xué)生主要在校時(shí)間段內(nèi)，教室室內(nèi) CO2濃度超標(biāo)率下降至 10.1%，CO2濃度當(dāng)日峰值下降至1434×10-6。從圖10中曲線比對(duì)可以看出，在教室門(mén)窗緊閉的情況下，開(kāi)啟排氣扇對(duì)降低教室室內(nèi) CO2濃度也產(chǎn)生了一定的效果。排氣扇開(kāi)啟后，室內(nèi) CO2濃度的增量減少，但部分時(shí)間段仍然超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限值，表明排氣扇的實(shí)際工作風(fēng)量未能達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量，從而導(dǎo)致室內(nèi)換氣次數(shù)不足，處理效果與新風(fēng)機(jī)相比較弱。

圖10 教室內(nèi) CO2 濃度監(jiān)測(cè)值（門(mén)窗密閉時(shí)排氣扇開(kāi)關(guān)對(duì)比）

3 寧波市中小學(xué)校教室通風(fēng)模擬計(jì)算

室內(nèi)通風(fēng)形式多樣，但實(shí)際改造工程難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有形式的一一試驗(yàn)，因此本研究還通過(guò) CFD 數(shù)值模擬的方式來(lái)進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量的研究。一方面可以通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果來(lái)完善實(shí)際改造工程未涉及的其他通風(fēng)方式的處理效果研究，另一方面還可以對(duì)整間教室 360° 無(wú)死角觀測(cè)，也可以根據(jù)需求觀察任意時(shí)間點(diǎn)或時(shí)間段的變化。本研究先根據(jù)教室實(shí)際尺寸在 NX 軟件中建立模型，再在 ICEM-CFD 中建立網(wǎng)格，接著用 FLUENT 軟件進(jìn)行計(jì)算，最后用 TECPLOT 進(jìn)行分析。模擬工況分別為采用氣窗的自然通風(fēng)方式以及采用新風(fēng)系統(tǒng)側(cè)送風(fēng)和下送風(fēng)的機(jī)械通風(fēng)方式。3 種通風(fēng)方式的模擬計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表3 冬季室內(nèi) CO2 濃度模擬結(jié)果匯總表

從 CO2濃度數(shù)據(jù)來(lái)看，冬季教室密閉情況下，3 種通風(fēng)方式在一定程度上均能改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。其中，新風(fēng)系統(tǒng)側(cè)送風(fēng)方式更勝一籌，下送風(fēng)方式次之，兩種方式均能同時(shí)滿足中小學(xué)校教室換氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中教室內(nèi) CO2最高允許濃度 ≤ 0.10% 的限值要求[7-8]。側(cè)送風(fēng)方式則能將新風(fēng)送至教室深處，使教室中 CO2濃度分布更為均勻，從而能更好地將每一個(gè)角落的 CO2濃度都控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。設(shè)置氣窗的自然通風(fēng)方式效果不及新風(fēng)系統(tǒng)。無(wú)論氣窗設(shè)在什么位置，都無(wú)法像新風(fēng)系統(tǒng)一樣直接將新風(fēng)送至深處來(lái)促使氣體流動(dòng)。

本章節(jié)通過(guò)模擬展示了3種不同新風(fēng)供應(yīng)方式下室內(nèi) CO2的濃度變化情況，可為進(jìn)一步的改造實(shí)施提供理論計(jì)算依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究的主要結(jié)論如下。

（1）教室門(mén)窗關(guān)閉的情況下，室內(nèi) CO2濃度迅速上升，并于短時(shí)間（0.5～1 h）內(nèi)達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)限值1000× 10-6。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，室內(nèi) CO2濃度峰值甚至可高達(dá)4000× 10-6以上。

（2）課間的間歇性開(kāi)窗通風(fēng)雖有助于室內(nèi) CO2濃度降低，但時(shí)間較短，無(wú)法使室內(nèi) CO2濃度迅速恢復(fù)到初始自然狀態(tài)。隨著上課繼續(xù)，室內(nèi) CO2濃度將持續(xù)攀升。因此，僅靠間歇式開(kāi)窗進(jìn)行自然通風(fēng)不能完全解決教室室內(nèi)新風(fēng)量不足導(dǎo)致 CO2濃度超標(biāo)的問(wèn)題，需要通過(guò)其他手段加強(qiáng)控制。

（3）開(kāi)窗通風(fēng)、氣窗、排氣扇、新風(fēng)機(jī)等不同的自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)方式對(duì)降低室內(nèi) CO2濃度均能起到不同程度的作用。但在開(kāi)窗情況下，機(jī)械通風(fēng)相較自然通風(fēng)無(wú)明顯改善效果。

（4）門(mén)窗緊閉情況下，排氣扇和氣窗方式處理效果接近，均能起到大幅度降低室內(nèi) CO2濃度的效果，但未能確保學(xué)生在校全時(shí)間段內(nèi)室內(nèi) CO2濃度均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

（5）門(mén)窗緊閉情況下，新風(fēng)機(jī)對(duì)降低室內(nèi) CO2濃度的改善效果優(yōu)于排氣扇和氣窗方式。在新風(fēng)機(jī)實(shí)際工作風(fēng)量滿足標(biāo)準(zhǔn)最小換氣次數(shù)的情況下，開(kāi)啟新風(fēng)系統(tǒng)可將室內(nèi) CO2濃度始終控制在標(biāo)準(zhǔn)限值1000 ×10-6以下。

（6）通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，新風(fēng)系統(tǒng)側(cè)送風(fēng)比下送風(fēng)方式更勝一籌。側(cè)送風(fēng)能將新風(fēng)送至教室深處，使新風(fēng)均勻地流動(dòng)到教室各處，從而能使教室中 CO2濃度分布更為均勻，讓每一個(gè)角落的 CO2濃度都在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。在冬季非空調(diào)狀態(tài)下供應(yīng)新風(fēng)時(shí)，雖然會(huì)帶來(lái)一定的熱量損失，但對(duì)室內(nèi)溫度和舒適度造成的不利影響在可接受范圍之內(nèi)。

（7）除上述技術(shù)手段以外，建議學(xué)校在排課時(shí)盡量減少上課人數(shù)，采用分班授課制，從源頭上控制 CO2的產(chǎn)生。此外，可在教室內(nèi)布置一定量的有助于空氣凈化的綠色植物，既美觀，又能在吸收 CO2的同時(shí)釋放氧氣，加速稀釋 CO2的濃度。

（8）針對(duì)條件較好的學(xué)校或隨著今后建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，若教室內(nèi)設(shè)有采暖或空調(diào)設(shè)備，則可適當(dāng)采取新風(fēng)凈化、全熱交換等其他措施，以改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和舒適度，同時(shí)降低因新風(fēng)引入帶來(lái)的能耗增量。

（9）在夏季及過(guò)渡季節(jié)特殊氣候條件下，如遇臺(tái)風(fēng)、霧霾、大雨等天氣教室關(guān)窗時(shí)，同樣可通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)來(lái)組織室內(nèi)氣流，達(dá)到降低室內(nèi) CO2濃度的目的。

通過(guò)上述研究可知，隨著綠色建筑的逐年發(fā)展，教室門(mén)窗的氣密性越來(lái)越好，使得密閉教室的換氣次數(shù)越來(lái)越小，因此希望僅通過(guò)自然通風(fēng)依靠滲透獲得室外空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)換氣的方式，已經(jīng)越來(lái)越不可能。但開(kāi)窗通風(fēng)這種最常見(jiàn)的自然通風(fēng)方式，因其通風(fēng)量不易控制，受季節(jié)和氣候因素影響大又受建筑結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法避免室外空氣污染物和噪聲的侵入，加上室內(nèi)熱環(huán)境舒適度受限等特點(diǎn)，雖然可以降低室內(nèi) CO2濃度，但始終不是一種理想的通風(fēng)換氣方式。教室采用機(jī)械通風(fēng)的方式可成為解決教室通風(fēng)問(wèn)題的最終途徑。