自然通风对室内空气质量影响的研究

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[摘要]：随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，室内空气质量问题日益引起人们的关注。为了改进和提高室内空气质量，除了严格地控制各种污染源的排放外，增加和保证送入室内必需的通风换气次数是一项重要措施。 

    目前在在中国大量的民用建筑，多是依靠自然通风实现室内的通风换气。由于根据热压和风压作用的自然通风理论准确地计算出某一单元居室或办公室的自然通风换气量比较复杂。本文在大量的现场调查研究的基础上，提出了一种根据室外风速、风向频率和室内外温差估算室内综合换气次数的方法。经实践检验可以用于一般评估室内的自然通风换气量，从而为改进和评价室内空气质量提供了一种实用的手段。     [关键词]：室内污染  换气次数  自然通风    1引言   随着社会发展,人们生活水平提高,人们将有80%~90%的时间在室内度过。研究室内污染的专家们提出了室内空气污染有时比室外更严重（1）。因为室内空气污染物的种类更多,污染源更广泛,影响因素也很复杂,对人体健康造成的危害也是多方面的。目前研究表明：室内环境是人们接触最频繁、最密切的外环境之一。由于人们大部分时间是在室内度过的, 与室内空气污染物的接触时间多于室外。因此,室内空气质量的优劣能够直接关系到每个人的健康。尤其是老、弱、病、残、幼、孕等体弱人群,室内空气的质量则对他们更为重要。此外，室内污染物的来源和种类日趋增多。由于人们生活水平的提高,家用燃料的消耗量、食用油的使用量、烹调菜肴的种类和数量等都在不断增加，随着化工产品的增多,大量的能够挥发出有害物质的各种建筑材料、装饰材料、人造板家具等民用化工产品进入室内。因此,人们在室内接触有害物质的种类和数量比以往明显增多。据统计,至今已发现室内空气污染物约有300多种（2）。随着城市的建设，城市建筑物密闭程度的增加,使得室内污染物不易扩散,增加了室内人群与污染物 的接触机会。世界能源的日趋紧张,包括发达国家在内的许多国家都十分重视节约能源。许多建筑物都被设计和建造得非常密闭,以防室外的过冷或过热空气影响了室内的适宜温度。使用空调的房间也尽量减少新风量的进入以节省耗电量。因此,严重影响了室内的通风换气。室内的污染物不能及时排出室外,在室内造成大量聚积,而室外的氧气也不能正常地进入室内,造成室内氧气含量偏低,这些都会严重影响室内人群的健康。  2　 自然通风 建筑内部的通风条件是决定人们健康、 舒畅的重要因素之一。它通过空气更新和气流的生理作用对人体的生物感受起到直接的影响作用 ,并通过对室内气温、 湿度及内表面温度的影响而起到间接的影响作用[1 ] 。通常认为 ,自然通风的作用具有三种不同的功能[2 ] :第一 ,健康通风 ,即保证室内空气质量 IAQ ;第二 ,热舒适通风 ,即增加体内散热 ,以及防止由皮肤潮湿引起的不舒适以改善热舒适条件; 第三 ,降温通风 ,即当室内气温高于室外的气温时使建筑构件降温。据测定 ,室内外温差大时 ,开窗10～15 分钟可完全换气一次;温差小时 ,大约半小时可交换一次。自然通风最基本的动力为风压和热压。通常的作法为利用建筑物外表面的风压 ,利用室内的热压以及风压与热压相结合。 3 关于室内空气质量的研究现状 目前，室内空气质量IAQ的定义主要是针对室内空气环境的，美国ASHRAE准62．1—．2004(Ventilation for acceptable indoor air quality}中这样定义可接受的内空气质量：“空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓，且处于该环境中的绝大多数人(三80％)没有表示不满”。此定义将主客观评科学地结合起来，在国际上获得了广泛的认可。围绕室内空气质量的系统研究初主要着眼于室内与室外空气质量的关系，以及室内空气污染物对人体健康的响。1965年，荷兰学者Biersteker等进行了世界上第一个系统的、大规模的室内室外空气质量的关系。他们以鹿特丹印个住户为对象，测定了室内、外S02和尘的关系，获得了空气污染事件期间的室内环境相对安全性、抽烟对室内气溶生成、室内s02衰减与建筑物新旧程度的关系等重要信息。这一研究表明室内室外空气质量存在显著的差异，并且揭示室内空气质量对人体健康的影响可能过室外。随后，关于室内与室外空气质量关系的研究一直未停止过，而且涉及越来越宽。通过这些研究，人们对各种条件下，不同污染物的室内与室外关系有了全面的认识，并建立了一系列室内与室外空气质量关系的模型旧。 4自然通风相关的研究和分析方法 自然通风应用的几种基本模式有：热压作用下的自然通风、风压作用下的自然通风和热压风压共同作用下的自然通风等。虽然自然通风系统多变、复杂，但其主要由三种基本的自然通风方式组成，即风力驱动的穿堂风(贯流通风)、浮力驱动的烟囱通风以及单侧通风16】。自然通风过程包含了许多复杂的流动、传热与传质问题。利用先进的计算机技术对自然通风进行模拟分析，从宏观和微观上反映自然通风的效果，为选择自然通风策略的合理性和可靠性提供了保证。国内外主要采用网络法、CFD和区域模型对自然通风进行模拟分析。 ①网络法 网络法是从宏观角度对自然通风进行分析，主要用于自然通风建筑设计初期的风量预测。网络法把整个建筑物作为一个系统，其中每个房间作为一个区(或网络节点)，认为各个区内空气具有恒定的温度、压力和污染物浓度。门、窗等气流路径视为阻力单元，各个区通过各种气流路径相连。网络法利用质量、能量守恒等方程计算风压和热压作用下的自然通风量。由于网络法不考虑房间内部的空气流动形态对自然通风效果的影响，所以无法给出房间内部的空气详细流动情况分析【7J。但对于设计初期，设计者用网络法宏观预测建筑物自然通风量，调整通风策略是有效且实用的。 ②CFD模拟法 相对于网络法，CFD模拟是从微观角度，针对某一区域或房间，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。采用CFD对自然通风模拟，主要用于自然通风风场布局优化[81和室内流场分析，以及对象中庭这类高大空间的流场模拟，通过CFD提供的直观详细的信息，便于设计者对特定的房间或区域进行通风策略调整，使之更有效的实现自然通风。 ③区域模型法 区域模型法是近年来自然通风数值模拟分析的发展，它的目的在于达到网络法和CFD两种方法之间的一个折衷。区域模型的基本思想是：将房间划分为一些有限的宏观区域，认为每个区域的相关参数如温度，浓度等相等，而区域问存在热质交换；建立质量和能量守恒方程，并充分考虑区域间压差和流动的关系来研究房间内的温度分布及流动情况。区域模型法克服了设计初期网络法过分简化系统，对于热压驱动自然通风预测误差较大且不能给出房间温度分布的缺点，然而在边界定义上又比CFD要简单。 ④实验方法 一种是利用热线风速仪等设备直接测量风速，利用所测数据进行分析，这种方法要求响应时间短，需同时测量各个方向。另一种是依据质量守恒定律，利用色谱分析仪或红外线分析仪测量投向室内的示踪气体SF6或CH4不同时刻不同地点的浓度，从而了解室内通风效果。 5 讨论  开窗通风可以始终保持室内具有良好的空气品质，同时也是改善我国目前住宅室内空气品质的关键。Sundell 教授对瑞典160幢建筑进行研究，发现新风量越大，发生建筑病综合症的风险就越小。即使在较寒冷的冬天，也最好能开一些窗户，使室外的新鲜空气能进入室内（2）。但是在采暖季开窗过大容易使室内温度骤然降低导致人体不适，建议适当的减小开窗面积，延长开窗时间。而在无风、温差较小时，则应该加大开窗面积。 参考文献  　1邹　越,侯云芬,蔡光汀 1 室内空气污染与建筑通风 1 北京建筑工程学院学报,200213 ,18 (1) :51 - 56 　2王　鹏,谭　刚 1 生态建筑中的自然通风 1 世界建筑,2000 (4) 62 – 65 3刘晓红.周定国 室内环境污染研究现状与展望[期刊论文]-木材工业 2003(2) 4 .龚波.余南阳.王磊 自然通风的策略形式及模拟分析[期刊论文]-制冷与空调 2004(3)