自然通風(fēng)對室內(nèi)空氣質(zhì)量影響的研究

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[摘要]：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，室內(nèi)空氣質(zhì)量問題日益引起人們的關(guān)注。為了改進和提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，除了嚴格地控制各種污染源的排放外，增加和保證送入室內(nèi)必需的通風(fēng)換氣次數(shù)是一項重要措施。 

    目前在在中國大量的民用建筑，多是依靠自然通風(fēng)實現(xiàn)室內(nèi)的通風(fēng)換氣。由于根據(jù)熱壓和風(fēng)壓作用的自然通風(fēng)理論準確地計算出某一單元居室或辦公室的自然通風(fēng)換氣量比較復(fù)雜。本文在大量的現(xiàn)場調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出了一種根據(jù)室外風(fēng)速、風(fēng)向頻率和室內(nèi)外溫差估算室內(nèi)綜合換氣次數(shù)的方法。經(jīng)實踐檢驗可以用于一般評估室內(nèi)的自然通風(fēng)換氣量，從而為改進和評價室內(nèi)空氣質(zhì)量提供了一種實用的手段。     [關(guān)鍵詞]：室內(nèi)污染  換氣次數(shù)  自然通風(fēng)    1引言   隨著社會發(fā)展,人們生活水平提高,人們將有80%~90%的時間在室內(nèi)度過。研究室內(nèi)污染的專家們提出了室內(nèi)空氣污染有時比室外更嚴重（1）。因為室內(nèi)空氣污染物的種類更多,污染源更廣泛,影響因素也很復(fù)雜,對人體健康造成的危害也是多方面的。目前研究表明：室內(nèi)環(huán)境是人們接觸最頻繁、最密切的外環(huán)境之一。由于人們大部分時間是在室內(nèi)度過的, 與室內(nèi)空氣污染物的接觸時間多于室外。因此,室內(nèi)空氣質(zhì)量的優(yōu)劣能夠直接關(guān)系到每個人的健康。尤其是老、弱、病、殘、幼、孕等體弱人群,室內(nèi)空氣的質(zhì)量則對他們更為重要。此外，室內(nèi)污染物的來源和種類日趨增多。由于人們生活水平的提高,家用燃料的消耗量、食用油的使用量、烹調(diào)菜肴的種類和數(shù)量等都在不斷增加，隨著化工產(chǎn)品的增多,大量的能夠揮發(fā)出有害物質(zhì)的各種建筑材料、裝飾材料、人造板家具等民用化工產(chǎn)品進入室內(nèi)。因此,人們在室內(nèi)接觸有害物質(zhì)的種類和數(shù)量比以往明顯增多。據(jù)統(tǒng)計,至今已發(fā)現(xiàn)室內(nèi)空氣污染物約有300多種（2）。隨著城市的建設(shè)，城市建筑物密閉程度的增加,使得室內(nèi)污染物不易擴散,增加了室內(nèi)人群與污染物 的接觸機會。世界能源的日趨緊張,包括發(fā)達國家在內(nèi)的許多國家都十分重視節(jié)約能源。許多建筑物都被設(shè)計和建造得非常密閉,以防室外的過冷或過熱空氣影響了室內(nèi)的適宜溫度。使用空調(diào)的房間也盡量減少新風(fēng)量的進入以節(jié)省耗電量。因此,嚴重影響了室內(nèi)的通風(fēng)換氣。室內(nèi)的污染物不能及時排出室外,在室內(nèi)造成大量聚積,而室外的氧氣也不能正常地進入室內(nèi),造成室內(nèi)氧氣含量偏低,這些都會嚴重影響室內(nèi)人群的健康。  2　 自然通風(fēng) 建筑內(nèi)部的通風(fēng)條件是決定人們健康、 舒暢的重要因素之一。它通過空氣更新和氣流的生理作用對人體的生物感受起到直接的影響作用 ,并通過對室內(nèi)氣溫、 濕度及內(nèi)表面溫度的影響而起到間接的影響作用[1 ] 。通常認為 ,自然通風(fēng)的作用具有三種不同的功能[2 ] :第一 ,健康通風(fēng) ,即保證室內(nèi)空氣質(zhì)量 IAQ ;第二 ,熱舒適通風(fēng) ,即增加體內(nèi)散熱 ,以及防止由皮膚潮濕引起的不舒適以改善熱舒適條件; 第三 ,降溫通風(fēng) ,即當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外的氣溫時使建筑構(gòu)件降溫。據(jù)測定 ,室內(nèi)外溫差大時 ,開窗10～15 分鐘可完全換氣一次;溫差小時 ,大約半小時可交換一次。自然通風(fēng)最基本的動力為風(fēng)壓和熱壓。通常的作法為利用建筑物外表面的風(fēng)壓 ,利用室內(nèi)的熱壓以及風(fēng)壓與熱壓相結(jié)合。 3 關(guān)于室內(nèi)空氣質(zhì)量的研究現(xiàn)狀 目前，室內(nèi)空氣質(zhì)量IAQ的定義主要是針對室內(nèi)空氣環(huán)境的，美國ASHRAE準62．1—．2004(Ventilation for acceptable indoor air quality}中這樣定義可接受的內(nèi)空氣質(zhì)量：“空氣中沒有已知的污染物達到公認的權(quán)威機構(gòu)所確定的有害濃，且處于該環(huán)境中的絕大多數(shù)人(三80％)沒有表示不滿”。此定義將主客觀評科學(xué)地結(jié)合起來，在國際上獲得了廣泛的認可。圍繞室內(nèi)空氣質(zhì)量的系統(tǒng)研究初主要著眼于室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量的關(guān)系，以及室內(nèi)空氣污染物對人體健康的響。1965年，荷蘭學(xué)者Biersteker等進行了世界上第一個系統(tǒng)的、大規(guī)模的室內(nèi)室外空氣質(zhì)量的關(guān)系。他們以鹿特丹印個住戶為對象，測定了室內(nèi)、外S02和塵的關(guān)系，獲得了空氣污染事件期間的室內(nèi)環(huán)境相對安全性、抽煙對室內(nèi)氣溶生成、室內(nèi)s02衰減與建筑物新舊程度的關(guān)系等重要信息。這一研究表明室內(nèi)室外空氣質(zhì)量存在顯著的差異，并且揭示室內(nèi)空氣質(zhì)量對人體健康的影響可能過室外。隨后，關(guān)于室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量關(guān)系的研究一直未停止過，而且涉及越來越寬。通過這些研究，人們對各種條件下，不同污染物的室內(nèi)與室外關(guān)系有了全面的認識，并建立了一系列室內(nèi)與室外空氣質(zhì)量關(guān)系的模型舊。 4自然通風(fēng)相關(guān)的研究和分析方法 自然通風(fēng)應(yīng)用的幾種基本模式有：熱壓作用下的自然通風(fēng)、風(fēng)壓作用下的自然通風(fēng)和熱壓風(fēng)壓共同作用下的自然通風(fēng)等。雖然自然通風(fēng)系統(tǒng)多變、復(fù)雜，但其主要由三種基本的自然通風(fēng)方式組成，即風(fēng)力驅(qū)動的穿堂風(fēng)(貫流通風(fēng))、浮力驅(qū)動的煙囪通風(fēng)以及單側(cè)通風(fēng)16】。自然通風(fēng)過程包含了許多復(fù)雜的流動、傳熱與傳質(zhì)問題。利用先進的計算機技術(shù)對自然通風(fēng)進行模擬分析，從宏觀和微觀上反映自然通風(fēng)的效果，為選擇自然通風(fēng)策略的合理性和可靠性提供了保證。國內(nèi)外主要采用網(wǎng)絡(luò)法、CFD和區(qū)域模型對自然通風(fēng)進行模擬分析。 ①網(wǎng)絡(luò)法 網(wǎng)絡(luò)法是從宏觀角度對自然通風(fēng)進行分析，主要用于自然通風(fēng)建筑設(shè)計初期的風(fēng)量預(yù)測。網(wǎng)絡(luò)法把整個建筑物作為一個系統(tǒng)，其中每個房間作為一個區(qū)(或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點)，認為各個區(qū)內(nèi)空氣具有恒定的溫度、壓力和污染物濃度。門、窗等氣流路徑視為阻力單元，各個區(qū)通過各種氣流路徑相連。網(wǎng)絡(luò)法利用質(zhì)量、能量守恒等方程計算風(fēng)壓和熱壓作用下的自然通風(fēng)量。由于網(wǎng)絡(luò)法不考慮房間內(nèi)部的空氣流動形態(tài)對自然通風(fēng)效果的影響，所以無法給出房間內(nèi)部的空氣詳細流動情況分析【7J。但對于設(shè)計初期，設(shè)計者用網(wǎng)絡(luò)法宏觀預(yù)測建筑物自然通風(fēng)量，調(diào)整通風(fēng)策略是有效且實用的。 ②CFD模擬法 相對于網(wǎng)絡(luò)法，CFD模擬是從微觀角度，針對某一區(qū)域或房間，利用質(zhì)量、能量及動量守恒等基本方程對流場模型進行求解，分析其空氣流動狀況。采用CFD對自然通風(fēng)模擬，主要用于自然通風(fēng)風(fēng)場布局優(yōu)化[81和室內(nèi)流場分析，以及對象中庭這類高大空間的流場模擬，通過CFD提供的直觀詳細的信息，便于設(shè)計者對特定的房間或區(qū)域進行通風(fēng)策略調(diào)整，使之更有效的實現(xiàn)自然通風(fēng)。 ③區(qū)域模型法 區(qū)域模型法是近年來自然通風(fēng)數(shù)值模擬分析的發(fā)展，它的目的在于達到網(wǎng)絡(luò)法和CFD兩種方法之間的一個折衷。區(qū)域模型的基本思想是：將房間劃分為一些有限的宏觀區(qū)域，認為每個區(qū)域的相關(guān)參數(shù)如溫度，濃度等相等，而區(qū)域問存在熱質(zhì)交換；建立質(zhì)量和能量守恒方程，并充分考慮區(qū)域間壓差和流動的關(guān)系來研究房間內(nèi)的溫度分布及流動情況。區(qū)域模型法克服了設(shè)計初期網(wǎng)絡(luò)法過分簡化系統(tǒng)，對于熱壓驅(qū)動自然通風(fēng)預(yù)測誤差較大且不能給出房間溫度分布的缺點，然而在邊界定義上又比CFD要簡單。 ④實驗方法 一種是利用熱線風(fēng)速儀等設(shè)備直接測量風(fēng)速，利用所測數(shù)據(jù)進行分析，這種方法要求響應(yīng)時間短，需同時測量各個方向。另一種是依據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用色譜分析儀或紅外線分析儀測量投向室內(nèi)的示蹤氣體SF6或CH4不同時刻不同地點的濃度，從而了解室內(nèi)通風(fēng)效果。 5 討論  開窗通風(fēng)可以始終保持室內(nèi)具有良好的空氣品質(zhì)，同時也是改善我國目前住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)鍵。Sundell 教授對瑞典160幢建筑進行研究，發(fā)現(xiàn)新風(fēng)量越大，發(fā)生建筑病綜合癥的風(fēng)險就越小。即使在較寒冷的冬天，也最好能開一些窗戶，使室外的新鮮空氣能進入室內(nèi)（2）。但是在采暖季開窗過大容易使室內(nèi)溫度驟然降低導(dǎo)致人體不適，建議適當(dāng)?shù)臏p小開窗面積，延長開窗時間。而在無風(fēng)、溫差較小時，則應(yīng)該加大開窗面積。 參考文獻  　1鄒　越,侯云芬,蔡光汀 1 室內(nèi)空氣污染與建筑通風(fēng) 1 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報,200213 ,18 (1) :51 - 56 　2王　鵬,譚　剛 1 生態(tài)建筑中的自然通風(fēng) 1 世界建筑,2000 (4) 62 – 65 3劉曉紅.周定國 室內(nèi)環(huán)境污染研究現(xiàn)狀與展望[期刊論文]-木材工業(yè) 2003(2) 4 .龔波.余南陽.王磊 自然通風(fēng)的策略形式及模擬分析[期刊論文]-制冷與空調(diào) 2004(3)