住宅的通风问题及其对策_王智超

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住宅的通风问题及其对策
Ventilation and Corresponding Countermeasure of Domestic Houses
【摘 要】 文章通过对国内几个大城市民用住宅的测试调查,揭示了国内住 宅存在的问题,并指出自然通风已经无法满足住宅的基本新风需求。最后通 过总结国内外住宅通风的系统型式,提出了机械通风在解决中国室内住宅通风 问题时应该采取的原则。
3 机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法
通过上述研究可得知,随着建筑节能的发展,住宅的 密闭性越来越好,仅仅靠自然通风已经无法满足人们对于 室内空气品质的要求,根据国外建筑科学的发展规律,住 宅机械通风,或自然与机械结合的通风将成为解决室内空 气品质的主要手段。
文献 6 规定“建筑物内,放散热、蒸汽或有害物质 的生产过程和设备,宜采用局部排风。当局部排风达不到 卫生要求时,应采用局部排风或采用全面排风。设计局部 排风或全面排风时,宜采用自然通风。当自然通风不能满 足卫生、环保或生产工艺要求时,应采用机械通风或自然 与 机 械 的 联 合 通 风 。”
最后,开窗通风在某些场所会带来严重的噪声污染。 在交通主干道( 公路、铁路和机场) 周边,由于高强度的噪 声污染,根本无法采用此方法实现室内通风换气。即使不 在强噪声源附近,邻里之间的开窗换气造成的声污染也会 彼此干扰,影响正常的生活。
所以通过开窗进行自然通风,只能进行间歇的换气, 实在不是一种理想的住宅通风换气的方式,而且在北方等 严寒地域,冬季的开窗还会造成大量的能源浪费。
表 1 起居室、卧室通风换气量
通风房间 起居室(3~5人)
C O 允许浓度 p p m 2
新风量 [m3/(h·人)]
通风换气量 (m3/h) 48 ~8 0
主卧(2人)
≤ 1500
16
32
客卧或书房(1人)
16
起居室(3~5人)
81 ~1 3 5
主卧(2人)
≤ 1000
27
54
客卧或书房(1人)
■ 王智超 王宏恩 唐冬芬
Wang Zhichao Wang Hongen Tang Dongfen
2006.10 51
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住宅是人们每天生活起居的地方,新鲜清洁的空
气是人们身体健康和生活品质的基础。空调的大量应用, 虽然创造了室内良好的温、湿度环境,但随之也带来了许 多 问 题 ,“ 病 态 建 筑 综 合 症 ”,“ 空 调 病 ”频 繁 的 出 现 在人们的生活中。引起这类病症的原因就是通风不够,目 前住宅普遍存在通风不足问题,常常由于交通噪声影响, 无法正常开窗,或是由于户型设计的缺陷,使得住宅通风 对流能力不足;现代建筑为了保证室内温度舒适,减少建 筑能耗散失,房屋的门窗越来越密闭,可开启的窗户越来 越小,影响了住宅的通风效果,使室内污染物得不到及时 清除而导致严重的空气污染。因此,要从根本上真正改善 住宅的室内空气品质,有效的通风换气是一种重要的手 段。
实。文献 1 规定:“在人员密度相对较大且变化较大的房 间,宜采用新风需求控制。即根据室内 CO2 浓度检测值增 加或减少新风量,使 CO2 浓度始终维持在卫生标准规定的 限 值 内 [ 1 ] 。”
住宅既然是以人活动为主,人活动所散发 CO2、水蒸 汽等污染物聚集在室内,因此除了厨房、卫生间之外,起 居室、卧室最大的污染源就是人,所以我们根据居室中的 人来确定室内必需的新风量,即用稀释人体散发的 CO2 浓 度来计算新风量(人呼出的 CO 2、水蒸汽的量是成正比例 的,所以也可以根据室内空气湿度的变化,即按照消除余 湿计算新风量) ,评价出室内人员的呼吸效果。
1 住宅室内需要新风量的理论计算
室内新风量需要足够可以消除有害气体、余热、余湿 以及稀释 C O 2 浓度。国外如日本的《建筑基本法》根据 室内家具的表面与其建筑面积的比,规定了消除室内挥发 性有害气体的通风换气次数至少为 0.3 次 /h,而目前国内 住宅的发展水平很不平均,室内污染物种类及其挥发率都 还无法完全统计,所以按消除有害气体计算新风量不太现
下,普通住宅的热环境基本处于 ASHRAE 标准规定的舒适 区以外。
其次,开窗自然通风风向气流盲目,气流组织无法有 效控制。紊乱气流可把卫生间和厨房异味带入客厅及卧 室,夹带大量灰尘,在影响室内清洁卫生同时无法避免室 外噪声污染。对于高层住宅,由于热压作用顶部房间即使 开窗也只有出气而没有进风,使下层的污浊空气涌进,反 而加剧污染。特别是近几年,在一些大中城市,住宅越 来越密集,由汽车尾气所带来 CO 2、CO 、NOx 、烟尘, 由建筑施工所带来的可吸入颗粒物,由植物所带来的可引 起过敏症状的花粉,由工业排放所带来的各种有害气体及 粉尘,使得室外空气质量达不到大气环境质量标准的要 求,影响室内空气质量。
控制室内 CO2 浓度小于 1500 ppm 时,其起居室、卧室等 人员活动区域的通风换气量已达到欧洲、日本等发达国家
的住宅通风换气标准。
住宅在没有机械通风设备的情况下,要消除室内的余 热、余湿,会优先考虑自然通风。自然通风包括开窗和 闭窗两种,这也是普通民用住宅过去以及现在都常用的通 风方式。
2.1 闭窗渗透 在空调、供暖季节为了减少室内能源的损失,设计师 想要做的可能就是把所有用来自然通风的门窗关闭起来, 通过合理的布置建筑结构形式,依靠风压、热压的作用通 过渗透获得室外空气。但是随着建筑节能水平的逐年提 高,住宅门窗的密闭性越来越好,越来越难实现设计师的 要求。 从 2004 年 9 月起,本课题组运用示踪气体浓度衰减法 对北京和上海的15户民用住宅的33个房间的自然渗透换气 次数进行了测试,测试结果见图 1 。 从测试中可知,最大的换气次数不到 0.5 次 /h,最小 的换气次数只有 0.09 次 /h。换气次数在 0.4~0.5 次 /h 以 上的住宅占测试对象的 6.0%,均为老式民用住宅,建造 年代为 90 年代初以前;换气次数 0.1~0.3 次 /h 的住宅占 测试对象的 88.0% 以上,且住宅建造年龄不超过两年,而 换气次数在 0.1 次 /h 以下的住宅也占了测试住宅的 6.0%, 这主要是因为个别房间的结构位置很不合理,几乎是自然 通风的死区,通风效果很差。 这说明随着建筑节能对维护结构的要求越来越严格, 门窗的密闭性越来越好。依靠热压风压的门窗渗透实现室 内通风换气已经根本不可能。那些希望借助于建筑结构通 过自然通风实现室内换气的研究完全是一厢情愿,并且随 着建筑节能的逐步深入,已经越来越不可能。 其他学者也对上海市 10 户入住时间在 3 年以内的住宅 气密性进行了气密性测试。在测试的对象中,最大的换气 次数为 0.558 次 /h,最小的换气次数为 0.184 次 /h。换气
月亮河
室外初始 CO2 浓度 C0 为 0.30 l/m3 = 300 ppm[2]。利 用公式(1)对室内每人需要的新风量进行理论计算,结果见
表 1。
L= 式中 L
1000Qp C-C0
(1)
——按稀释室内 CO2 浓度计算的新风量,
m 3 / ( h ·人);
Qp ——C O 2 发生量,l / ( h ·人); C0 ——室外初始 C O 2 浓度,ppm ; C ——室内 C O 2 允许浓度,p p m 。 通过表 1 中的计算结果可知,住宅运用机械通风系统
2.2 开窗通风 当室内空气污浊或热、湿散发量比较集中不易扩散、 排除时,开窗是最常用的自然通风方式,但其明显缺点就 是通风量不易控制,不能保证室内气候的稳定性、均匀 性,受季节和气候因素影响大。特别是在北方做住宅建筑 设计时,设计人员都会考虑各种结构形式以期满足最大的 自然通风效果,而现实中有的住宅在“穿堂风”的作用 下确实可以达到 10 次/h 或以上的通风换气次数,这可能只 为部分房间带来很好的消除余热、余湿通风效果,但其他 的重要房间如卧室等可能因为建筑结构的原因而无法得到有 效的通风换气。据清华大学一项针对北京夏季 88 户自然通 风民用住宅现场测试[4] ,测试结果表明,自然通风条件
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注:表中假设起居室面积为 3 0 m 2 ,主卧面积为 1 5 m 2 ,客卧或书房面积为 1 0 m 2 ,房间高度为 2 . 8 m 。
换气次数 (次/h) 0.6~0.9 0.7 0.6 1.0~1.6 1.3 1.0
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2 自然通风无法满足室内通风的要求
对于室内 CO2 浓度控制值,在标准或文献中也有着不 同的规定或推荐:《室内空气质量标准》( G B / T 1 8 8 8 3 -
2002)中规定,CO2 的浓度限制在 1000 ppm 以下,而文 献 2 中建议 CO2 的浓度应不大于 1500 ppm。
每人呼吸散发的 CO2 为 19 l/h;
另外,由于自然通风的间断性,有时反而会造成室内 更大的污染。一项关于北京市居民开关窗调查显示[5],北 京市居民一般为间断性操作,即开一段时间窗户后关闭。 这种方式对间断性污染十分有效,如吸烟污染,但是对于 连续产生污染的问题,如甲醛污染,采用这种方式效果就 不明显。这是由于这些污染物的释放率与浓度成函数关 系,自然通风使室内污染物浓度降低,而污染物的释放量 却有所增加,因此,这种情况下需要连续的通风。
图 1 住宅自然通风换气次数测试结果
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次数在 0.5 次 /h 以下的住宅占测试对象的 80%。与课题组 的 测 试 结 果 比 较 一 致[3] 。
由此可见,目前国内住宅的密闭性都较好,特别是近 几年建造的住宅,换气次数普遍较低。在空调、供暖季 节住宅门窗紧闭,靠自然渗透的换气量远远不能满足人们 对改善室内空气品质的要求。
3.1 机械通风原则 (1)通风路径:使室外新鲜空气首先进入起居室、卧室 等人员主要活动、休息场所,然后从厨房、卫生间排出 到室外。 (2)通风量:既要保证厨房、卫生间使用时的通风量, 又要满足人们日常生活需要的新风量。 (3)除了保证厨房、卫生间使用时的通风,还要保持全 天 2 4 h 有组织地、定量地连续通风。 不同通风设备的通风系统都要满足给室内带来充足新风 量、驱除各种污染物、建筑节能规范等要求。 3.2 机械通风系统模式 3.2.1 机械进风,机械排风 如图 2 所示,这种通风方式的进出口风量能根据不同 的需要进行调节,但居室内可能会有管道穿过,需要局部 吊顶等方式加以装饰。属于此种方式的有新风换气机、带 有热回收的户式(空调)通风系统等,如带有热回收的户式空 调通风系统可将夏季空调或冬季取暖排出的能量再次利用, 从而达到节能的目的,但初投资成本比较高。另外,城 市住宅的层高大多在 2.8 m,在房间内设置风管,系统复 杂、占据空间、装修困难,普通住宅不宜采用,而对层 高和装修标准较高的高级住宅中可采用有管的机械通风方 式。 3.2.2 机械进风,自然排风 如图3所示, 这种通风方式的工作流程是风机抽取的空 气从居室的进气口进入,污浊空气从浴厕排出,居室内成 微正压,特别是当自然进风的困难时可采用该系统,这一 点要优于机械进,机械排系统。但该系统可能存在新风在 风管内被污染、在卧室等地方的送风速度有时会过大、送 风均匀性不好等缺点,室内容易实现通风死角。不设连续 排风的风机盘管加新风系统等属于此种通风方式。 3.2.3 自然进风,机械排风 如图 4 所示,这种通风方式主要依靠风机提供动力, 通过排风管对房间主动排风造成负压,从而引进新风。通 风系统相对简单,新风不经过风管直接进入居室,气流组 织合理。在国外住宅通风方式研究当中我们已得知,该系 统目前在欧洲是比较常用的住宅机械通风系统,也称住宅 负压通风系统。而国内属于此类通风系统除了最常见的
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居 多仅用在厨房、 卫生间,并简单地设置土建排风道和排油烟机、通风器而 已,卧室、起居室等很少考虑有组织通风,只有一小部 分高级住宅开始启用居室通风系统即户式中央机械通风系 统。所以为了使住宅机械通风系统在民用住宅的普遍发 展,有必要对机械通风的原则和系统形式进行了解。
【关键词】 住宅 自然通风 机械通风 〖Abstract〗 This article discloses the problems existing in domestic
houses through the investigation and test on the civil houses in several big cities in the country, and points out that natural ventilation is incapable of meeting the basic demand of houses on fresh air. Finally, this article brings forward the principles to be utilized when applying mechanical ventilation to domestic houses through summarizing the system type of ventilation in foreign and domestic houses. 〖Keywords〗 house; natural ventilation; mechanical ventilation
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