摘 要:近年来上海地区由于住宅气密性的加强和装修程度的不断提高,住宅室内污染物浓度偏高。换气是降低室内污染物浓度的有效途径。国内外对不同的换气方式进行了大量的研究。自然换气方式不能同时满足上海地区换气和节能的要求,采用机械换气方式是必然的选择。采用全热交换器系统和集中机械排风、自然进风系统都可以满足换气的要求。目前,采用全热交换器系统虽然是节能的,但是采用集中机械排风、自然送风却是更为省钱的方式。
近些年来,随着人们对住宅装修逐渐重视,各种装饰材料如强化木地板、纤维板、泡沫绝缘材料、大理石等被广泛应用于室内装饰。这些装饰材料的本身及其粘结剂往往会释放大量的污染物,如甲醛、苯、TVOC 和氡等,结果造成住宅室内的污染物累计浓度超标,严重威胁了居住人员的健康。本论文由 上海论文网www.zhonghualw.com 整理提供为了降低室内污染物浓度,除了控制污染源选用符合标准的装修材料,或者采用吸附分解的方法消除室内污染物外,换气是消除室内污染物最有效的方法。另一方面,近年来由于节能需要,上海地区建造的住宅气密性普遍很高,依靠自然换气已远远不能满足住宅换气要求。在提倡建筑节能的今天怎样根据上海地区的特点选择节能的换气方式,达到有效消除室内污染物效果是个重要课题。
1 国内外对住宅换气系统的研究
1. 1 国外对住宅换气系统的研究
文献[1～3 ]对自然换气方式进行了研究。R.Priyadar sini 等研究了新加坡被动式换气方式和主动式换气方式对加强高层建筑中住宅自然换气效果的所起的作用,通过对不同位置、不同尺寸的排气竖井的研究,分析了被动式及主动式换气方式对室内空气流动产生的影响。J . M . Schultz 等对能量回收装置在自然换气系统中的应用进行了研究,通过实验证明这种系统是可行的,但是要用于实际仍需进行大量研究。I. F. Hamdy 等对被动式太阳能换气系统做了大量研究,提出了北纬320 度地区太阳能换气系统处于最佳运行状态时太阳能板最优的倾斜角度。Shapiro Andy 等人通过对43 套单体住宅的换气系统进行测试,研究了集中机械排风、自然进风的换气系统的气流组织情况[4 ] 。本论文由 上海论文网www.zhonghualw.com 整理提供Viktor Dorer 等对4 套安装了机械通风系统的住宅进行了调查测试研究,指出了影响机械通风系统设计目标与实际运行效果差异性的因素[5 ] 。H. Mamz 等人用实验和数值模拟的方法研究了单个房间采用带热回收功能的机械给排风系统时的运行情况,分别对换气效率、热舒适性、热回收效率、耗电功率以及噪音进行了评价,指出了系统设计时最大的难点是控制噪音[6 ] 。#p#分页标题#e#
Yoshino Hiroshi 等人对被动式换气系统和复合式换气系统做了大量的研究,并且利用实验房( testhouse) 测试以及数值分析方法,评价了不同换气系统换气效果的优劣:被动式换气方式虽然在总换气量上能满足要求(寒冷季节) ,但是不能满足每个房间的新风量要求;复合式换气方式能克服换气量不匹配的缺点,而且适用的气候区间更为广泛[7～9 ] 。
1. 2 国内对住宅换气系统的研究
上世纪80 年代以来,我国的一些学者也对空气渗透问题展开了系统而独具特色的研究,建立起了较为完善的空气渗透计算及能耗分析方法。文献[10 ]在纯风压的基础上,运用网络串并联理论、基尔霍夫节点定律及网络图论等手段建立了简化渗风气流模型;该模型能在存在复杂内部隔断的情况下,动态分析任意时刻的室内渗风状况,从而可以找到有效减少能耗及提高室内空气品质的方法。文献[11 ]通过分析比较实测室温和模拟室温,根据状态空间法逐时确定出房间在开窗情况下的换气次数,计算通风换气次数一般在小于10 次/ h 的范围内变化,但最高也可达50 次/ h 。本论文由 上海论文网www.zhonghualw.com 整理提供文献[ 12 ]对北方地区冬季换气方式进行了研究,计算表明管道式换气方式是切实可行的。文献[ 13 ,14 ]对带能量回收功能的机械换气系统进行了研究分析,对其节能效果和经济性作出了评价。
2 上海地区住宅换气系统的适用技术
2. 1 自然换气方式
被动式换气系统的动力是热压,它的大小取决于室内外温差和管道进出口的垂直高差。上海处于夏热冬冷地区,夏季空调室外设计温度为34 ℃,冬季通风室外设计温度为- 3 ℃。文献[ 15 ]显示,冬季上海地区住宅的室内温度通常为7～13 ℃,房间的层高约为2. 7 m ,本论文由 上海论文网www.zhonghualw.com 整理提供室内外温差约为10 ℃,由于节能的需要,新近建造的住宅气密性很高,靠门窗缝隙自然渗透的空气量极小,靠热压作用的自然换气方式一般不能满足换气要求。开窗虽然能满足换气量的要求,但是开窗换气受到风压影响很大,风压是随机变化的,因此无法控制开窗换气次数,会造成能源的巨大浪费,这与目前节能的政策是大相径庭的。而且开窗时室外空气对室内温度场造成剧烈扰动,热舒适感很差。
2. 2 机械换气方式#p#分页标题#e#
机械换气方式有集中排风下自然送风、集中送风下自然排风、集中机械给排风(通常还安装能量回收装置,成为全热交换器系统) 和复合式换气几种方案,一般都要用管道连接,因此比较适用于有吊顶的住宅。采用集中排风下自然送风的房间因为室内处于负压,可有效排除室内污浊空气,换气效率高。而采用集中送风下自然排风的房间因为室内处于正压,排风气流组织不易控制,所以较少在住宅中使用。采用全热交换器系统的房间,可以在换气的同时,回收排气中的冷(热) 量,因此,是一种节能的换气方式。本论文由 上海论文网www.zhonghualw.com 整理提供复合式换气方式将集中排风下自然送风和被动式自然换气方式结合起来,在冬季室内外温差较大时采用被动式换气方式,一旦自然换气动力不足时开启风机进行机械换气。上海地区冬季室内外温差仅为10 ℃左右,不能满足自然换气要求,采用复合式换气方式效果不明显。
从换气效果角度考虑,上海地区适合采用的集中排风下自然送风系统和全热交换器系统。但是从经济角度考虑,采用这两种换气方式有较大的差异,以下将从初投资、运行能耗费用、运行维护费用等方面对这两种换气系统进行分析。
(1) 初投资。换气系统的初投资要包括设备及材料的购买费用和安装费用,具体金额如表1 所示。
(2) 运行能耗费用
换气系统的运行会带来一定的新风能耗。采用集中排风下自然送风系统时,不但系统本身要消耗一定的电能,而且相当一部分能量(占空调能耗的20 %～30 %) 随排风排到了室外。采用全热交换器系统时,对排风中的能量进行了回收,有较好的节能效果。对于特定的一台全热换气机,每小时节省的能量可表示为:
E = V •ρ2 •( h2 - h3 ) (1)
E = V •ρ2 •η•( h2 - h4 ) (2)
式中: V ———新、排风体积流量,m3 / h ;
ρ2 ———室外干空气密度,kg/ m3 ;#p#分页标题#e#
h2 ———新风进口空气焓,kJ / kg ;
h3 ———新风出口空气焓,kJ / kg ;
h4 ———排风进口空气焓,kJ / kg ;
η———全热效率。
对于普通的家用分体式空调器,其CO P 约为2. 5 ,因此全热交换器每小时节省的空调电能为:
E0 = 0. 4V •ρ2 •η•( h2 - h4 ) (3)
全热交换器自身的能耗为风机所耗电能,因此,全热交换器的总能耗可表示为:
E1 = W0 - 0. 4V •ρ2 •η•( h2 - h4 ) (4)
式中W0 ———全热交换器电功率,kW。两种换气系统的具体能耗费用如表2 所示。
(3) 运行维护费用。机械式换气系统运行需要维护费用,包括正常的维护费用如更换过滤器和故障修理及更换故障风机等,见表3 。
(4) 生命周期总费用。换气系统的生命周期总费用表示换气系统从购买到淘汰若干年内的总费用,包括投资、能耗以及运行维护费用,见表4 。
3 结 论
自然换气方式不能满足上海地区换气的要求,采用机械换气方式是必然的选择。全热交换器系统和集中排风下自然进风系统都可以满足上海地区住宅的换气要求,采用全热交换器系统是更节能的,但是采用集中排风下自然送风系统更为经济。
参考文献:
[1 ] Priyadarsini R , Cheong K W , Wong N H. Enhancement of natural ventilation in high - rise residential buildings using stack system [ J ] . Energy and Buildings , 2004 , 36 :61 - 71.
[2 ] Hamdy I F , Fikry M A. Passive solar ventilation[J ] . Renewable Energy , 1998 , 14 :381 - 386.#p#分页标题#e#
[3 ] Schultz J M. Naturlig ventilation med varmegenvinding. (Natural ventilation with heat recovery) [ Z ] .DTH - LV - MEDD - 249 , 1993.
[4 ] Shapiro Andy , Cawley David , King J eremy. A field study of exhaust only ventilation system performance in residential new const ruction in Vermont [J ] . Proceedings ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings , 12000 : 1261 - 1272.
[5 ] Dorer , Viktor , Breer , Dieter. Residential mechanical ventilation systems : performance criteria and evaluations [J ] . Energy and Buildings , 1998 , 27 :247 - 255.
[6 ] Manz H , Huber H , Schalin A , Weber A , Ferrazzini M , Studer M. Performance of single room ventilation unit s with recuperative or regenerative heat recovery [J ] . Energy and Buildings , 2000 , 31 :37 - 47.
[7 ] Yoshino Hiroshi , J ing Liu. Experimentak analysis of hybrid ventilation system[ A ] . Proceedings of the 7th International Conference on Air Dist ribution in Rooms [C] , 2000 , (2) :831 - 835.
[8 ] H Mat sumoto , M Kato , H Yoshino. Iaq control by hybrid ventilation and material sorption in houses[A] . Proceeding of the 4th International Conference on Indoor Air Quality , Ventilation and Energy Conservation[C] , Beijing , 2001 , (1) :125～132.
[ 9 ] Yoshino Hiroshi , J Liu , J Lee , J Wada. Experimental and numerical analysis on hybrid ventilation system performance for residential buildings [ A ] . Proceeding of the 4th International Conference on Indoor Air Quality , Ventilation and Energy Conservation [ C ] ,Beijing , 2001 , (1) :157 - 164.
[10 ] 屈睿瑰,刘广海. 基于风压作用下渗风气流模型的研究[J ] . 华东交通大学学报,2003. 4.
[11 ] 简毅文,江 亿. 通过实测室温确定住宅的自然通风状况[J ] . 清华大学学报,2003. 6.
[12 ] 魏学孟. 民用建筑管道式自然通风[J ] . 暖同空调,2004 (8) : 91 - 93.
[13 ] 代伯清,汪 莉. 武汉地区采用空气- 空气热交换机的前景及经济分析[J ] . 建筑热能通风空调, 2003(2) :61 - 62.
[14 ] 李 欣,林 豹等. 住宅用节能型全热交换通风换气机初探[J ] . 节能,2004 (11) : 28 - 31.
[15 ] 施睿华. 上海市住宅建筑室内环境与能源消费的研究[D] . 同济大学,硕士学位论文,2005.
