（土木工程专业论文）住宅换气系统的开发及其评价.pdf

摘要 摘要 由于节能的需要，我国城镇新建住宅的气密性能逐渐提高，自然渗透的换气 量不能满足新风量要求，采用机械换气系统是解决问题的有效方法之一。带热 回收功能的集中机械给排风系统，即全热交换器系统，不但有良好的换气效果， 而且能够回收排风中的能量，是一种节能的换气方式。本课题首先开发出一套 全热交换器主机，由工厂试制成样机。然后通过实验室测试的方法对换气机的 性能进行测试。结果表明换气机的主要性能参数，包括风量、余压和噪声都满 足设计以及标准的要求。然后将该换气系统安装于实际住宅，采用示踪气体法 对不同的气流组织方式下的换气效果进行测定。结果表明，在住宅气密性较高 的情况下，自然渗透的换气次数不到o2 h ，不能满足新风量要求，而集中式机 械给排气系统的换气次数达到1h 。1 以上，能有效的达到保证室内空气品质的新 风量要求。实验还表明，住宅内部门窗的关闭与否对机械集中给排气条件下住 宅整体换气效果影响不大，而且在客厅集中排气的换气效果与在各个房间排气 的换气效果相近。我国目前尚无住宅换气系统评价体系，本课题主要从热舒适 度、噪声、换气效果、生命周期总费用四个方面对住宅换气系统进行评价。在 不同换气系统都满足热舒适度、噪卢和换气效果要求的情况下，生命周期总费 用越低的换气系统是目前更优的选择。 关键词：换气系统机械集中给排气系统能量回收装置开发评价体系 a b s t r a c t a b s t r a c t f o rt h en e e do fe n e r g yr e s e r v i n g ，t h er e c e n t l yb u i l th o u s ei nc h i n ai sa i r t i i g h t a s ar e s u l t ，t h ef r e s ha i ri m p o r t e db yi n f i l t r a t i o nc a l ln o ts a t i s f yt h ei n d o o ra i rq u a l i t y c r i t e r i o n m e c h a n i c a lv e n t i l a t i o ns y s t e mi so n eo ft h em o s te f f i c i e n tm e t h o d st ot h e p r o b l e m ，t h em e c h a n i c a ls u p p l ya n de x h a u s ts y s t e mw i t he n e r g yr e c y c l ee q u i p m e n t i sw o r t h yo f b e i n ga d v o c a t e dw h i c hn o to n l yc a nr e c y c l et h ee n e r g yo f t h ee x h a u s ta i r b u ta l s ov e n t i l a t ee f f i c i e n t l y i nt h i si t e m ，an e wm a c h i n ef o rm e c h a n i c a ls u p p l ya n d e x h a u s ts y s t e mw i t he n e r g yr e c o v e r ye q u i p m e n tw a sd e s i g n e da n dp r o d u c e di nt h e f a c t o r y t h e nt h em a c h i n ew a st e s t e di nt h el a b t h et e s t e dp a r a m e t e r so f t h em a c h i n e i n c l u d i n ga i r f l o wr a t e ，p r e s s u r ea n dn o i s ea l la c h i e v e dt h ea i m s t h e nt h em e c h a n i c a l s u p p l ya n de x h a u s ts y s t e mw a si n s t a l l e di nah o u s ei ns h a n g h a i t h ev e n t i l a t i o n e f f e c tw a st e s t e db yt h em e a n so ft r a c e dg a s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en a t u r e v e n t i l a t i o nr a t ew a sl e s st h a n0 2t i m e sp e rh o u ra st h er e s u ko fa i r t i g h t ，w h i l et h e v e n t i l a t i o nr a t eb yt h em e c h a n i c a ls u p p l ya n de x h a u s ts y s t e mw a sm o r et h a n1t i m e p e rh o u r w h e t h e rt h e i n t e r i o rd o o r so p e n e do rc l o s e dd i dn o ti n f l u e n c et h e m e c h a n i c a lv e n t i l a t i o nr a t e ；t h eo u t l e t ss e to n l yi nt h el i v i n gr o o mo ri ne a c hr o o m a l s od i dn o ti n f l u e n c et h em e c h a n i c a lv e n t i l a t i o nr a t e a tl a s t ，4p a r a m e t e r sw e r e i n t r o d u c e df o re v a l u a t i o no fr e s i d e n t i a lv e n t i l a t i o ns y s t e m sw h i c hw e r et h e r m a l c o m f o r t ，n o i s e ，v e n t i l a t i o nr a t ea n dl i f ec y c l ec o s t i n g w h e nt h ev e n t i l a t i o ns y s t e m s a l ls a t i s f i e dt h ef i r s tt h r e ec r i t e r i o n s t h el c cw a st h ed e t e r m i n a n tc r i t e r i o n k e yw o r d s ：v e n t i l a t i o ns y s t e m ，m e c h a n i c a ls u p p l ya n de x h a u s ts y s t e m ，e n e r g y r e c o v e r ye q u i p m e n t ，d e v e l o p ，e v a l u a t i o ns y s t e m 第1 章绪论 1 1 研究背景与目的 第1 章绪论 有关室内空气品质的研究，可以追述到2 0 世纪初，当时，人们已经开始采 用通风的方法来改善室内空气环境。而后制冷空调的出现，为人们创造舒适的 环境提供了便利。但是7 0 年代发生的全球能源危机，把节能的问题摆在人们的 面前。由于建筑能耗约占世界总耗的3 0 ，而采暖通风空调又将近占了建筑总 能耗的6 0 ，所以暖通空调系统节能是降低能耗的关键环节之一。降低暖通空 调系统的能耗可以采用多种措施，如增强建筑维护结构的保温性能和气密性能， 减少空调系统中的新风量等。这些措施虽然降低了室内能耗，但同时引起了室 内空气环境的恶化，以致长期在室内工作的人们，出现眼、喉刺激、鼻塞、头 痛、头晕、恶心、胸闷、乏力、皮肤干燥、嗜睡、烦躁等症状，统称为“病态建 筑综合症”( s b s ) 。世界卫生组织估计，目前世界上有将近3 0 的新建和整修的 建筑物受到s b s 的影响。 据统计，人们平常有8 0 的时间处于室内，一个成年人平均呼吸次数为1 0 1 5 m i n 。，每次需要o 5 升空气，以平均7 0 岁寿命来计算，每个人一生约用2 7 万 m 3 空气。这些空气进入人体内，在总表面积为6 0 8 0 m 2 的肺泡里，经物理扩散 进入体内交换。在如此长的暴露时间、如此大的接触面积下，室内空气品质状 况对人们身体健康影响相当巨大。 研究表明，室内空气污染物主要有：二氧化碳、一氧化碳、甲醛、挥发性有 机化合物、氡、石棉、可吸入粉尘、烟气、细菌等。其中有些污染物，如细菌、 一氧化碳、氡、石棉等直接影响人员的健康：有些如粉尘、烟气等会导致人体 极不舒适，甚至厌恶，这些感觉会导致生产率的下降。室内空气中约有2 5 0 多 种挥发性有机化合物，产生挥发性有机化合物的主要来源有：a 、人体本身自然 散发的挥发性有机化合物，如丙酮、异戊二烯等；b 、建筑材料如水泥、地毯、 油漆、胶水、墙板、地砖、新家具，都在释放混杂的有机化合物，如甲醛等：c 、 为了节能，建筑物大量采用绝缘保温材料和密封材料，这些材料也释放挥发性 有机化合物。实验显示，当各种不同的挥发性有机化合物混在一起后，并与臭 氧产生化学作用，室内空气中就会出现许多致命的有害物。有调查显示，人们 第1 章绪论 在建筑物内待的时间越长，对摩内空气品质的不满意率越高，生产率下降的也 就越多。有些室内污染物的浓度虽然没有超过权威机构制定的上限值，但窜内 人员仍可以感受到这种低浓度污染。低浓度污染决定了空气的新鲜度，影响室 内空气品质的可接受程度。 降低室内污染物浓度除了控制污染源，选用需用符合标准的装修材料，还应 当采用恰当的方式来消除室内污染物。吸附分解是消除室内污染物的一种常用 方法。各种过滤装置不但可以消除室内的尘埃、臭气，而且还可以除甲醛、v o c 等有机污染物。但是这些产品都有不足之处，它们消除室内污染物的能力有限， 而且它们大多只对消除一种或几种污染物有效，而且其中有些产品会产生附加 污染物，造成二次污染。换气是消除室内污染物最有效的方法。采用恰当的换 气方式，不但可以有效地排除室内污染物，解决室内空气品质问题，而且可以 取得较好的经济效果。 随着人民生活水平的提高，我国城镇建筑能耗迅猛增长。建筑能耗指建筑使 用能耗，包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事、家用电器等方面的能耗， 其中采暖、空调能耗约占6 0 7 0 。由于保温隔热差，采暖系统效率低，我 国单位面积采暖能耗是相同气候条件下世界平均值的三倍，一些严寒地区城镇 建筑能耗已高达当地社会总能耗的一半左右。中部夏热冬冷地区( 过渡地区) 冬季电采暖夏季空调，以及南方夏热冬暖地区( 炎热地区) 夏季空调越来越普 遍。我国2 0 0 0 年空调的产销量已达1 3 0 0 万台，空调的大量使用造成夏季电力 高峰时城镇供电f 分紧张。 另一方面，我国的能源形势相当严峻。我国人口占世界总人口的2 0 ，而 已探明的煤炭储量只占世界储量的1 l 、原油占2 4 、天然气仅占1 2 。我 国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国。中国2 0 0 0 年的一次性 能源产量为1 0 9 亿吨标准煤，而能源消费量为1 1 7 亿吨标准煤( 尚不包括农村 非商品生活能源消费2 亿吨标准煤) 。我国建筑能耗的总量正呈逐年上升趋势， 在社会总能耗中所占的比例从上世纪七十年代末的1 0 ，已上升到近年的 2 7 4 5 ，国家建设部科技司研究表明，我国建筑耗能在社会总能耗中所占比例 最终将上升至3 5 左右。所以降低建筑能耗，实现可持续发展，是惟一可行之 路。 目前我国已经颁布了多项建筑节能标准和规范。规定新建建筑分步骤普遍实 簏节能率为5 0 的民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) ( j g j 2 6 9 5 ) 、 第1 章绪论 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准( j g j l 3 4 2 0 0 1 ) 、夏热冬暖地区居住建 筑节能设计标准( j g j 7 5 2 0 0 3 ) 、公共建筑节能设计标准以及建筑照明节 能标准。以大中城_ f 丁为先导，2 0 1 0 年前全国各大中小城市及城镇实施上述标准 全面到位。编制并实施节能率为5 0 的既有居住建筑节能改造标准及既 有公共建筑节能改造标准，结合城市改建，开展节能改造。要求大城市到2 0 1 0 年完成应改造建筑面积的2 5 ，中等城市达到1 5 ，小城市达到1 0 。2 0 1 0 2 0 2 0 年间，在全国范围内有步骤地实施节能率为6 5 的建筑节能标准，2 0 1 5 年后， 部分城市率先实施节能率为7 5 的建筑节能标准。 为了达到新的建筑节能标准，暖通空调系统也应该采取相应节能措施。根据 我国规范标准要求，新风量按3 0 立方米每小时每人计，新风负荷通常能达到建 筑空调总负荷的2 0 4 0 ，新风量的变化对空调系统的负荷有很大的影响。 因此，在满足规范要求的情况下，降低空调新风负荷是暖通空调系统节能的一 项重要措旋。目前对于公共建筑大型的空调系统，许多节能措施已经在新风及 排风系统中获得了广泛的应用，如有些系统采用全热交换器，新风直接回收排 风中的能量；有些则是采用水盘管的形式回收排风中的显热能量。对于一般的 居住建筑采用全热交换系统是一种有效节能的换气方式。我国城镇有近百亿平 方米的住宅，目前每百户拥有空调约3 0 台，并且每年以较快的速度增加。许多 大城市如上海、武汉等每百户拥有空调量接近1 0 0 台。如此大的空调面积，其 节能的潜力是巨大的。 本论文的研究目的就是开发出一套带热回收功能的集中机械给排气系统，验 证其性能，并提出一套住宅换气系统评价的方法。 1 2 国内外研究动态 1 2 1 住宅换气系统研究现状 r p r i y a d a r s i n i 等人研究了被动式和主动式排风道对加强住宅室内自然通风 效果所起的作用。在新加坡约有8 6 0 的人口住在高层的公寓式住宅，这些住宅 般都采用自然换气方式。通过采用模型进行风洞实验，从而评定典型的4 室户 公寓式住宅的自然通风效果。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。结果表明，被动 第1 章绪论 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准( j g j l 3 4 2 0 0 1 ) 、夏热冬暖地区居住建 筑节能设计标准( j g j 7 5 2 0 0 3 ) 、公共建筑节能设计标准以及建筑照明节 能标准。以大中城l h 为先导，2 0 1 0 年前全国各大中小城市及城镇实施f + 述标准 全面到位。编制并实施节能率为5 0 的既有居件建筑节能改造标准及既 有公共建筑节能改造标准，结合城市改建，丌展节能改造。要求大城市到2 0 1 0 年完成应改造建筑面积的2 5 ，中等城市达到1 5 ，小城市选到1 0 2 0 1 0 2 0 2 0 年问，在全幽范围内有步骤地实施节能率为6 5 的建筑节能标准，2 0 1 5 年后， 部分城市率先实施节能率为7 5 的建筑节能标准。 为了达到新的建筑节能标准，暖通空调系统也应该采取相麻节能措施。根据 我国规范标准要求，新风量按3 0 立方米每小时每人计，新风负荷通常能达到建 筑空调总负荷的2 0 4 0 ，新风量的变化对空调系统的负荷有很大的影响。 因此，在满足规范要求的情况下，降低窄调新风负荷是暖通空调系统节能的一 项重要措施。目前对于公共建筑大型的空调系统，许多节能措施已经在新风及 排风系统中获得了广泛的应用，如有些系统采用全热交换器，新风直接回收排 风中的能量；有些则是采用水盘管的形式回收排风中的显热能量。对于一般的 居住建筑采用全热交换系统是一种有效节能的换气方式。我国城镇有近百亿平 方米的住宅，1 1 前每百户拥有空调约3 0 台，并且每年以较快的速度增加。许多 大城市如上海、武汉等每百户拥有空调量接近1 0 0 台。如此大的空调面积，其 节能的潜力是巨大的。 本论文的研究目的就是丌发出一套带热回收功能的集巾机械给排气系统，验 证其性能，并提出套住宅换气系统评价的方法。 12 国内外研究动态 121 住宅换气系统研究现状 rp r i y a d a r s i n i 等人研究了被动式和主动式排风道剥加强住宅室内自然通风 效果所起的作用【 。在新加坡约有8 6 的人口住在高层的公寓式住宅，这些住宅 一般都采用自然换气方式。通过采用模型进行b l 洞实验，从而评定典型的4 室户 公寓式住宅的自然通风效果。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。结果表明，被动 分析了被动式及主动式换气方式对室内空气流动产牛的影响。结果表明，被动 第1 章绪论 式排气井道不能起到加强通风效果的作用；主动式排气井道，即在井道顶部安 装排风机，可有效的加强房间的通风效果，而且能较好的满足居住人员的热舒 适性。j m s c h u l t z 等对能量回收装置在自然换气系统中的应用进行了研究【2 1 。 通过用计算机模拟的方法，分析了温差、风管尺寸和形状、风管长度和材料等 因素对这种换气系统的影响。并根据模拟的结果，在绝热实验室内建造了原型 的风道式热回收机组。并将该机组安装于校园内的低能耗实验房中。通过测试 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 fh a m d y 等对 被动式太阳能换气系统做了大量研究【3 】。他们通过建立数学模型，采用数值计算 的方法，得出了北纬3 2 0 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。s h a p i r o a n d y 等人对e o v 系统( e x h a u s to n l y v e n t i l a t i o ns y s t e m ) 做 了大量的研究工作【4 】。他们选择了4 3 套于1 9 9 8 年7 月至1 9 9 9 年5 月建造的单体住宅 作为样本，对e o v 系统进行了测试研究。结果得出，e o v 系统造成的室内外压 力差很小，平均约为1 p a ，因此，从进气口进入室内的新风只占入室新风的很 小一部分，大多数的新风是从住宅其它开口进入室内的。而且影响进气口风速 的最大因素是迎风面的风压，而并t e o v 系统的风机。v i k t o rd o r e r 等人对带热 回收功能的集中机械给排风系统进行了大量研究【5 】。他们选择了4 套不同种类的 住宅进行实验研究，每套住宅都安装了带热回收功能的机械换气系统。通过研 究得出，除了系统的设计之外，还有很多因素影响换气系统的运行效果，如机 器的制造工艺、机器的选型和安装、气流组织形式等。要克服运行中存在的缺 陷，不但要在系统的设计、制造、安装时下功夫，而且要注意定期的系统维护。 h m a n z 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 功率以及嗓音进行了评价 6 】。他们的研究得出，单个房间采用带热回收功能的机 械换气系统的换气效率比集中式的换气系统的换气效率要高。换气装置的安装 位置对换气效率影响不大，这样就可以根据居住者的舒适性要求来安排换气装 置的位置。实验表明，大多数这类换气系统在应用时会产生噪声过大的问题。 噪声一方面是室外噪声通过换气装置传到室内，另一方面是换气装置本身产牛 的。这就要求换气装置在选择风机、消声材料以及气流流道时应该充分考虑到 消声降噪的要求。y o s h i n oh i r o s h i 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 7 4 】。他们利用实验房( t e s th o u s e ) 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 第1 章绪论 ( 严寒地区、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。国内自8 0 年代 以来，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窄 气渗透计算及能耗分析方法，文献 1 0 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透风气流模型。该模型能在 存在复杂内部隔断的情况下，动念分析任意时刻的室内渗透风状况，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 1 1 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1 0 h 1 的范围内变化，但最高也可达5 0 h 一。文献 1 2 对北方地区冬季换气方式进行了研究，通过计算得出管道式换气方式是切实可 行的。 1 2 2 住宅换气系统产品现状 法国a e r e c o 公司丌发的住宅换气系统为集中机械排气、自然给气系统。 系统的主机噪声低、功率小，节省电能；系统的给气口和排气口都具有感湿功 能，可以根据室内空气湿度的大小随时改变给排气量。由于室内人员活动是影 响室内湿度的最主要因素，因此给排气口可以根据室内人员的活动情况，随时 改变给排气量的人小，这样使得换气量每一时刻都保持最小，从而达到节能的 要求。日本松下等公司丌发的全热交换器系统，热回收效率高，噪声低，有良 好的性能。但是这些产品的价格昂贵，不能适应我过市场的需求。国内也有一 些厂家开发了带热回收功能的换气系统，但是存在换气量不匹配、风量不均匀 等一系列问题，有待进一步研究解决。 1 2 3 住宅换气系统评价体系 世界能源组织组织了来自多个国家的科学家，他们分别来自加拿大、法国、 意大利、日本、荷兰、瑞典、英国、美国，通过a n n e x 2 7 项目建立了住宅换 气系统的评价体系。该评价体系采用多个评价指标来评价住宅换气系统，其中 包括室内空气品质、噪声、热舒适性、能耗、生命周期总费用、可靠性以及用 户的主观评价，如图1 1 所示。 第1 章绪论 图1 1a n n e x 2 7 评价系统结构图 第1 章绪论 1 3 论文的构成及研究内容 目前国内已有部分企业开发了小型的住宅用换气系统，风量在1 0 0 1 5 0 m 3 h 之f n j ，但是存在换气量不匹配、风量不均匀等一系列问题，有待进一步研究解 决。因此，开发高性能的小型化住宅用换气系统已成为目前迫切的课题。另外， 在对换气系统的评价上，国外已有了大量的研究，i e a & a n e x 2 7 提出了住宅换 气系统的评价体系。但我国在这方面的研究尚不多见，急需建立适合我国国情 的住宅换气系统评价方法。本论文的构成如图1 2 所示： 图1 2 论文结构图 第2 章换气系统的开发 第2 章换气系统的开发 机械集中式换气系统主要包括系统主机( 即换气机) 、管道和给排气口。换 气机是换气系统核心组成部分，换气机性能的优劣直接影响整个换气系统的换 气效果。管道的类型、尺寸以及给排气口的形状、尺寸也是影响系统运行的重 要因素。本章的主要目的就是开发出一台换气机，确定换气机的各种性能参数， 并确定管线的有关参数。 2 1 换气机的开发 2 1 1 换气机的选型 换气机的核心部件是换热芯体，它分为静止式和转轮式。根据是否有水蒸气 交换，换气机可分为全热交换器和显热交换器。全热交换器的新风和排风通过 换热芯体时既有显热交换，又有水蒸气交换；显热交换器的新风和排风通过换 热芯体时只进行显热交换。根据不同的安装方式，换气机分为立柜式、吊顶式 和窗式等。本课题开发的换气机是全热交换器，采用叉流板翅式换热芯体，吊 顶安装。 2 1 2 换气机主要设备及参数的确定 2 121 换气机风量的确定 换气机的风量应根据住宅的必要换气量确定。住宅必要换气量应按照保证将 室内的空气污染物稀释到卫生标准规定的最高允许浓度以下所必须的换气量确 定1 。 ( 1 ) 全面通风换气量 由全面通风方程( 详见4 2 1 ) 得， 瓦g c _ i - 而m - g c o = e x p ( 等) ( 2 1 ) 瓦而2 。x p 【丁) 0 2 1 式中g _ 全面通风量，m 3 s ： 第2 章换气系统的丌发 c r 一送风空气污染物浓度，m 3 ； c ，初始时刻室内空气污染物浓度，g r n 3 ； c r f 时刻室内空气污染物浓度，咖3 ； 肛一室内污染物散发量，g s ； 卜房间容积，1 1 1 3 ； f 时间间隔，s ； 当等 m ，e x p ( 一生) - - - 0 ，室内污染物浓度q 趋于稳定，其值为 g ：( i m + c o ) ( 2 3 ) 从上述分析可以看出：室内污染物浓度按指数规律增加或减少，其增减速度 取决于换气次数。 根据公式( 2 3 ) ，室内污染物浓度q 处于稳定状态时所需的全面通风换气量 按下式计算： g ：丝 ( 2 4 ) c 2 一 ( 2 ) 根据卫生标准确定的换气量 第2 章换气系统的开发 公式( 2 4 ) 表明换气量主要取决于：室内污染物允许浓度q 、室外污染物 浓度利室内污染物发生量。通常情况下，多种污染物同时在室内放散，换气量 应按各种气体分别稀释至允许浓度所需空气量的总和计算。实际上，通风能同 时稀释各种污染物，因此，理论上换气量应分别计算稀释各种污染物所需的风 量，然后取最大值。工程实践中，根据通风房间的具体特点，选取其中一个有 代表性的污染物浓度标准，作为确定换气量的依据。 a 以室内c 0 2 允许浓度为标准的必要换气量 人体在新陈代谢过程中排除大量c 0 2 ，由于空气中c o ：的增加与空气中含氧 量的下降成一定比例，故c 0 2 含量长作为衡量室内空气质量的一个指标。 表2 1c 0 2 的发生量和必要的新风量“ 风量要求c 0 2 发生量 不同c 0 2 允许浓度下必要的新风量 m 3 ( h 人) 活动强 ( t e l h ) o 1 0 1 5 0 2 静坐0 0 1 4 42 0 61 28 5 极轻劳动00 1 7 3 2 4 71 4 41 0 2 轻劳动0 0 2 33 2 91 9 21 3 5 中等劳动0 0 4 l5 8 63 4 22 4 】 重劳动0 0 7 4 81 0 6 96 2 34 4 b 以消除臭气为标准的必要换气量 按照气味确定换气量时，臭气强度指数一般控制在2 级一下。臭气强度指数 越小，稀释风量越大。另外，随着能量代谢率增多( 活动强度大) ，呼吸量增加、 体表面的汗液蒸发增加。臭气量和c 0 2 呼出量成正比，随着能量代谢率的增加， 必要新风量亦有所增加。 为排除臭气所需的新风量海域空调设备的除臭作用、每个人占有的空气体 积、活动情况、年龄等因素有关。国外有关专家( c p y a g l o n ) 通过实验测试， 在保持室内臭气指数为2 级的前提下得出的不同情况下所需新风量详见表2 2 。 表2 2 换气指数2 级条件下的必要新风量“” 每人占有空气体积 新风量 m 3 ( h - 人) 】 ( m 3 人)成人 少年 无空调2 84 25 4 9 2 5 72 73 54 第2 章换气系统的开发 续表 每人占有空气体积 新风量 m 3 ( h 人) ( m 3 人)成人 少年 8 52 0 42 8 8 1 4 01 2 o1 8 6 有空调 冬季 5 72 0 4 夏季57 6 8 c ，控制烟臭的必要换气量 根据c p y a g l o n 的实验研究，为了使烟臭强度保持在臭气强度指标2 以下， 可取烟草燃烧量( m g ) 与新风量( m 3 ) 之比在3 5 3 m g m 3 以下。因此在一小时 的吸烟量为w ( m g ) ，要报持臭气强度指标为2 时的必要新风量l ( m 3 1 1 ) ，可 使用下式计算： l = w 3 5 3( 2 5 ) 吸烟量，可按一支香烟的重量9 8 0 m g 、燃烧6 0 、丢弃4 0 考虑。据此， 根据不同场合吸烟量的多少，确定出的必要新风量如表2 3 所示。住宅的吸烟状 况可以参照办公室。 表2 3 吸烟条件下必要新风量“3 吸烟程度适用范围 必要新风量 m 3 ( h 人) 吸烟数量 最小值推荐值 支( h 人) 1 非常多交易所、会议室 5 】8 53 5 】 多 办公室、旅馆客房 4 2 5 12 5 3 一般办公室2 0 2 6 1 2 1 6 有时商店、银行营业厅 1 3 1 708 l0 d 以氧气为标准的必要换气量 必要的新风量应能够提供足够的氧气，满足室内人员的呼吸要求，以维持正 常生理活动。 人体对氧气的需要量主要取决于能量代谢水平。人体处在极轻活动状态下所 需氧气约为0 4 2 3 m 3 ( h 人) 。由此可见，人员呼吸所需的新风量并不大，一般通 第2 章换气系统的开发 风情况下均能满足要求。 如果室内产生热量或者水蒸气，为了消除余热或者余湿所需的全面通风量可 按下式计算： g 一：三l 一 ( 2 6 ) c ( f 。一f 。) 式中g ，一消除余热的全面通风量，k g s 口一室内余热量，k j s ； c 空气的定压比热，其值为1 0 1 i 【j ( k g ) ； f 。排风温度，； f 。、新风温度， g ：上( 2 7 ) 5 d 。一d 。 式中函消除余热的全面通风量，k g s ； 肛一室内余温量，s ； 磊排风含湿量，g k g 干空气： 巩新风含湿量，g k g 干空气 住宅必要换气量除了根据以上方法计算之外，还可以参照其它标准确定。如 日本建筑基准法规定，新建住宅居室内必须安装机械换气设备，而且换气 次数必须达到0 5 h 。而美国最新规定( a s h r a es t a n d a r d 6 2 1 9 9 9 ) ，住宅的换 气次数为0 3 5h ，但刁i 小于2 4m 3 ( h 人) 。我国室内空气质量标准规定， 住宅新风量为3 0 m 3 ( h 人) 。 发达国家人均居住面积约3 5 m 2 ，我国目前有些城镇人均居住面积达到2 0m 2 人，并且j 下在向3 0 m 2 人目标迈进。每户按3 个人计( 两个大人和一个小孩) ， 住宅面积约为6 0 9 0m 2 。如果按人均新风量3 0 m 3 h p 计算，住宅必要换气量最 小为9 0m 3 h ；如果按换气次数o 5 h 。1 计算，则为8 l 1 1 71 1 1 3 h 。考虑气流组织对 换气效率的影响，换气机的额定风量可选为1 0 0 l5 0m 3 h 。 2 1 2 2 换气机换热芯体的确定 换热芯体采用叉流板翅式换热芯体。选用芯体需考虑以下方面： 机能材料的性能直接影响着换热芯体本身的性能。 第2 章换气系统的开发 换热芯体的热湿交换效率随着面风速的增加而减小。 换热：卷体的静压损失主要和自身的结构有关，与机能材料性能无关。 提高机能材料的透湿性能是目前提高换热芯体热湿交换效率的最有效的途 径之一。 ( 1 ) 换热芯体材料的确定 换热芯体材料采用一种新开发的无孔类薄型试纸，此类试纸的厚度薄，平 均仅为4 8um ；采用透湿剂增强透湿性能；结构细密，透气度小。而一般试纸 为有孔试纸，平均厚度为1 1 81 2 m 。图2 1 和图2 2 是无孔类薄型试纸和普通试纸 的断面图。 图2 1 新试纸断面图2 2 普通试纸断面 小时，会使得换气机外形庞大，不能满足机体小 图2 3 芯体截面 型化的要求。这罩取迎面风速为0 7 4 m s ，此时 换热芯体的长度为4 6 0 r a m 。 2 13 3 换气机风机的确定 ( 1 ) 风机风量的确定 第2 章换气系统的开发 根据住宅换气量的要求，风机的额定风量为1 0 0 1 5 0m 3 h 。 ( 2 ) 风机余压的确定 通风机要克服的阻力来自两部分，一部分是换气机本身的阻力，另一部分是 换气系统的阻力。换气机本身的阻力主要是换热芯体的阻力和空气流道的局部 阻力；换气系统的阻力主要是换气管道的阻力和风口的阻力。初步估计系统阻 力如下表： 表2 4 换气系统阻力 芯体及流道阻力系统阻力 总阻力 3 0 5 0 p a3 0 5 0 p a 6 0 1 0 0 p a 21 3 换气机的结构设计 换气机的整体机构如下图所示 356 1 新风入r 2 排风出口3 风机 4 换热芯体5 新风出口6 一排风入口 图2 _ 3 换气机俯视图 第2 章换气系统的丌发 1 234 35 矗 星o 1 新风入口2 排风出口3 风机4 换热芯体5 新风出u6 排风入口 图2 4 换气机侧视图 图2 5 换气机外观图 网2 7 风机 2 2 换气管件的设计 图2 6 换气机内部构造图 图2 8 换热芯体 2 2 1 换气线路的确定 图 第2 章换气系统的开发 图2 9 典型住宅平面图 表2 5 住宅使用面积 、嘴间编号 卧室1 卧室2起居室厨房卫生间 住宅整体 项目 使用面积m 21 41 7 93 4 84 94 97 65 有效容积m 33 6 4 4 6 5 49 0 4 81 2 7 41 27 41 9 8 9 每个房间的给排气量如表2 6 所示。 表2 6 住宅给排气量分配表 问编号 卧室1卧室2 起居室厨房卫生间整体 项目 送风量m 3 h3 06 03 01 2 0 排风晕m 3 m 9 01 51 5 1 2 0 换气次数h _ 1o8 21 2 90 3 31 1 81 1 80 6 第2 章换气系统的开发 给排气管线的设置如图2 1 0 所示。换气系统将新风送至客厅和卧室的给气 i z i ；卧室空气从门缝排至客厅，客厅空气从墙上排气i z i 进入排气管道，厨房和 卫生问空气由排气口直接进入排气管道。 1 1 0 0 0 22 2 换气管件的确定 s l ，s 2 ，s 3 ，s 4 - 给气口：p 1 ，p 2 ，p 3 ，p 4 一排气口 图21 0 给排气管线设置 换气系统的管道采用薄钢板制成；室外给排气口采用4 5 度防雨风帽，带金 属防虫网；室内给排气口选用可调格栅风口。换气系统管件的沿程阻力和局部 阻力见表2 7 、表2 8 。换气系统管线在实际选用时，各管段阻力相差不宜超过 1 5 。 第2 章换气系统的开发 表2 7 沿程阻力表 风量( m 3 h ) 管道尺寸( i n n l ) 比摩阻p a m 推荐长度i n 主管道( 给、排气) 1 5 0d 1 0 03 6 7 5 主管道( 给、排气) 1 2 0d 1 0 02 3 5 5 支管( 给、排气) 9 0 2 0 0 x 5 0 l1 0 】0 支管( 给气) 6 02 0 0 x5 004 9 1 5 1 0 0 5 0 0 9 3 1 0 支管( 给气) 3 0 8 0 5 0 1 0 5 v j ，又由于喷口局部阻力较小，4 h 可以忽略，所以 p = 譬 ( 3 2 ) 1 换气机的风量 压面 匕2 1 了 q = 孚垆譬浮 s ， 第3 章换气机性能实验 3 2 2 噪声 3 221 买骏原理及方法 当多个声源相叠加的时候，总声压级为： p 。= 1 0 l g ( 1 0 。1 。p 1 + 1 0 。1 _ 2 + + 1 0 。1 ，”) 式中三，。各声压级叠加的综合d b ( a ) ； l p l 、l p2 、l p 。声源1 、2 、n 的声压级d b ( a ) ； 环境噪声可视为多个噪声源叠加的结果，风机噪声的声压级为。，环境 噪声和风机噪声叠加后的总声压级为： l ) = 1 0l g ( 1 0 ”。k + 1 0 0 i l pn + i i ) ，。和上+ n 由声级计测出，所以风机噪声的声压级为 三m _ n = l o l g ( 1 0 。1 1 1 0 0 1 ：z , , o ) 本实验采用a 声级评价方法，测定点距换气机中心向上1 米处。 3 、2 2 2 实验仪表 表3 1 实验仪表( 二) 【测试项目仪表名称 最小分度值或精度 l 噪声声级计1 5 d b ( a ) 3 3 实验结果 3 3 1 换气机的风量及出口余压 表3 3 换气机风量和静压 余压p a01 02 03 04 0 高档1 8 91 7 81 6 91 6 01 5 3 风量m 3 h中档1 6 51 5 21 4 31 3 51 2 6 低档 1 3 9 1 2 8 1 1 9 儿11 0 4 第3 章换气机性能实验 332 换气机的额定风量下的其他参数 表3 4 换气机功率和噪声 风量余压功率环境噪声测定噪声风机噪声 ( m 3 h )( p a )( w ) d b ( a ) d b ( a ) d b ( a ) 高档 1 5 34 09 53 45 85 8 中档 1 2 64 08 53 45 75 7 低档 1 0 44 07 53 45 65 6 3 4 结果分析 下表是系统消声量的计算，在风机噪声为5 8 d b ( a ) 的情况下，进入送风房 间室内的声压级是满足卧室声压级标准的。 表35 噪声衰减计算表 序号计算项目 倍频程中心频率 6 31 2 52 5 05 0 01 0 0 02 0 0 04 0 0 0 1 风机倍频程声功率 级d b5 35 25 14 6 4 1 3 63 2 2弯头的自然衰减d b 2 33 333 3支管衰减d b - 4- 4 4 - 4_ 444 4 风口自然衰减d b 】81 4一l o一5 - 2 管路的自然衰减总 5和d b 2 22 01 7 1 2 9 7 - 7 8风口处的声功率级 l j d b 3 l3 23 43 43 22 92 5 9房问衰减量 。5555444 1 0 室内声压级l d ，d b 2 62 7 2 9 2 9 2 82 52 1 l l室内允许声乐级标 准d b5 84 94 l3 53 02 82 5 3 ，5 本章小结 本章中使用同济大学供热通风与空气调节实验室空调机组性能试验台对换 气机样机的性能参数进行测定。经过测试，换气机的风量和风压已经达到了设 计的要求；其噪声经过计算，也能满足室内允许声压级标准。但是该换气系统 在投入实际应用前，有待进一步验证。 第4 章换气系统住宅实验 第4 章换气系统住宅实验 本课题开发的机械集中式给排气系统主机，经过实验室测试，已经初步达到 设计的要求。本章中将该换气系统安装于实际住宅，并采用示踪气体法，测定 住宅的换气次数和实际换气量，对该系统的实际换气效果进行评价。 4 1 实验目的 通过实测，测定住宅在不同换气条件下的换气量，考察不同换气条件下住宅 换气效果差异性。实验条件如表41 所示。 表4 ，l 测定项目表 呐部条件 内部门开内部门关卧室及客客厅排气自然换气机械集中给 换气方交 厅排气排换气 c a s e l oo c a s e 2 oo o c a s e 3ooo c a s e 4 o oo 4 2 实验概要 4 2 1 实验原理 在容积为v 的房间内，污染源单位时间内散发的污染物量为m ，通风系统丌 启前室内空气中污染物浓度为c ，如果采用全面通风稀释室内空气的污染物， 那么根据质量守恒定律，可建立室内污染物进出平衡方程“。在任何一个微小 的时间间隔出内，室内得到的污染物量( 即污染源散发的污染物和送风空气带 入的污染物) 与室内排出的污染物量之差应等于整个房间内增加( 和减少) 的 污染物量，即 g c n d f + m d r g c d f = v d c ( 4 1 ) 第4 章换气系统住宅实验 式中p 一全面通风量，m 3 s ： c 旷一送风空气污染物浓度，g m 3 ： d 任意时刻室内空气污染物浓度，g m 3 ； 产一室内污染物散发量，g s ； 卜房间容积，m 3 ： d f 某一段无限小的时间间隔，s ： 班t _ 一在出时间内室内污染物浓度的增量，g m 3 公式( 4 1 ) 称为全面通风的基本微分方程式( 稀释方程) 。 间室内空气中污染物浓度c 与全面通风量g 之间的关系。 对公式( 4 1 ) 进行变换： d cd r _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ - 。一 g c o + m g c v 由于常数的微分为零，上式可以改写为： 一上垡! 堡兰! 丝二里皇! gg c o + m g c ( ，r 矿 在f 时间内，室内空气污染物浓度从c ，变化到c 2 ，那么 一否1 童篙篇筹軎 i ng c i - m - g c o g c 2 一m g c o g r 矿 它反映了任何瞬 ( 4 2 ) ( 4 3 ) 当室内无污染物释放源时，即m = 0 ，公式( 2 3 ) 可变为： 旦：土l 。盟 vf c 2 一c o 即g ：旦l n