简介：住宅的室内 气品质问题越来越引起人们的关注，有效的通风换气是保证室内良好空气品质的重要措施。本文对北方地区住宅冬季通风换气问题进行了研究，提出并比较了几种可行方案。
关键字：自然通风，机械通风，室内空气品质
一、引言
民用住宅的室内空气品质问题越来越引起人们的关注，据美国环保署(EP A)的统计，室内空气污染常常超出室外2—5倍，北京市有关部门对北京部分居住区及写字楼检测数据表明，室内的甲醛含量普遍超标，最高达到了71倍。这说明，室内空气品质已不仅仅是影响工作、生活效率的问题，其已能直接导致疾病的发生。目前国内外已有的绿色建筑评价体系中均把良好的室内空气品质作为其中重要的评价指标之一。解决好室内的通风换气问题已成为新世纪人居环境重要的研究课题。
确保住宅室内有良好的空气品质，最好和最直接的方法就是与室外保持适当的通风换气。在过渡季节及夏季早晚温度较低时候，采用自然通风来实现室内的通风换气无疑是最佳的解决方式。但是在冬、夏季， 引入室外新风就意味着需要增加供暖、空调负荷，因此必须寻求良好的空气品质与节能的一个较好的结合点。
针对民用住宅的特点，住宅通风换气的研究目标通常主要包括以下两个方面：
1．在不使用空调、供暖的时候(如过渡季、夏季的夜晚)，通过对建筑单体的模拟分析， 得出对建筑规划与单体设计有指导意义的结论，促进建筑室内的风压自然通风；
2．在使用空调、供暖设备的时候(夏、冬季)，考虑如何合理设计通风换气措施，以保证室内良好的空气品质，同时不至于带入室外过多的冷热负荷， 以降低能耗。
当前，在我国北方地区， 由于节能的要求对门、窗的密封性要求越来越高。在常用的塑钢窗的检测报告中，测试压力为10Pa条件下其冷风渗透量已经小到0．7m3／(m·h)，几近封闭[ 。因此，在通常情况下冬季冷风渗透已不能满足住户新风要求。在此情况下，如何保证冬季室内合理的通风换气， 已经成为当前较为突出、需要解决的问题。在设计中通常选取0．3次／小时的换气次数作为冬季新风换气标准。这主要是考虑到按照新风设计标准，室内新风换气量通常取为2 5m。／ (h·人)，目前住宅的人均面积通常较大，所以取0．3次／小时的换气次数是综合考虑节能要求和住户新风要求的一个较合理的指标。本文将依据此设计要求，对几种可行的冬季通风换气方案进行分析比较。
二、冬季的通风换气方案比较与分析
住宅冬季通风换气方案按照通风的路径总体上可以分为两种方式：(1)整体通风；(2)每户独立通风。
整体通风是指住宅各层上下能形成通风气流统一的流动，又有两种具体形式：(1)从各个房间外墙的换气口(或外窗的缝隙)进风，从浴厕的排风道统一排风；(2)从各个房间外墙上的通风口进风，通过外门下的缝隙向楼梯间排风(对于高层住户， 由于热压中和面的存在，气流方向可能恰好相反)。
每户独立通风方式是指每个住宅独立通风换气，不形成上下层相关联的通风网络。
从通风的动力来讲，有三种基本形式：(1)机械通风方式，如有机械排风自然补风、机械送风自然排风等方式；(2)完全基于热压(或风压)的自然通风方式；(3)机械辅助自然通风方式。考虑到北方地区冬季室内外存在着较为稳定的温差，在设计通风换气方案时候应尽可能利用此特点来设计热压自然通风方案。
1．热压自然通风换气方案
先考虑热压自然通风方式。目前， 由于住户外门的密封性越来越好(尤其是采用了防盗门后，密封条件更好)，室内与楼梯间的气流基本处于隔绝状态，所以很难形成建筑整体的热压通风网络。从另一个角度说，即使可以形成整体的热压通风网络， 由于压力的分布关系也会出现住宅楼的上层住户楼梯间进风、从通风口向室外排风的问题(如图1所示)。这些问题的存在都表明对一般住宅采用整体的热压自然通风方案并不可行。因此，应考虑采用每户局部独立的热压通风方案。
对于每户独立热压通风方案，如果只考虑在主要功能房间外墙上开一个通风口，则压力中和面将处于通风口的中部，如图2所示。由于通风口的尺寸不可能设计太大， 因此产生的热压也很小，无法提供足够的通风换气量。选取设计工况为：室外0℃ ，室内20℃ ；考察换气口的尺寸为20cm×20cm，房间的平面面积为20mz，层高2．7m，此时由于室内外温差产生的热压差仅为0．09Pa。此外，为了保证进入室内的空气质量，还需要在换气口中间增加过滤网，这样由于过滤网带来的压降，很可能已大于0．09Pa，因此对于此单通风口方案而言，靠室内外温差产生的热压自然通风以达到0．3次／小时的换气次数是不可行的。
如考虑在外墙上下各开一个通风换气口(如图3所示)，两个通风换气口相距2m，换气口尺寸仍为20×20cm ，则热压将达到1．72Pa。考虑过滤网阻力和其它局部阻力，采用通风网络法计算可知通风量将达到0．0lm。／s，换气次数为0．67次。为了达到0．3次／小时的换气次数，则可以将风口面积减少一半，即采用20× 1 0cmz大小的通风换气口。该通风换气口可考虑安装在南边(北方地区，冬季主导风向一般为北风或西北风， 因此北向风压变化较大， 不易控制)并要求可以控制开闭，另外为了建筑立面上的要求，可以灵活掌握开口的位置(只要保证两个开口之间的高差)。但也应该看到，在外墙上下各开一个通风换气口，将增加用户控制的复杂程度，不容易被用户和建筑师所接受。
另外，对于TOWNHOUSE等高级住宅(其特点是一户有上下两层，中间通过户内楼梯相连)，可以考虑采用在上下两层中对应位置各开一个通风换气口，利用热压自然通风来满足冬季的通风换气；计算表明(两个通风换气口相距4m，室内温度20℃，室外温度0℃)，热压能达到3．5Pa，可以考虑上下各开一个lOcm×lOcm的风口来保证住宅整体换气量达到0．3次每小时。此方案可行性相对较大，而且通风效果比较稳定。
基于热压进行住宅自然通风还可以利用专门设计的气窗来实现。用户解决冬季通风换气，最直接的做法就是开窗换气，但由于用户通常无法掌握开窗尺度而往往达不到最优的通风换气量。本方案就是通过模拟计算给出用户明确的开窗尺度，通过外窗开口处的热压自然通风来实现室内的新风换气。
以下是一个对气窗的设计方案：在两面大窗的其中一面上下分别设计两个可以向外平推的小窗。为用户提供两档，较小的一挡为冬季档，较大的一挡为夏季档，冬季需要换气时候，将小窗向外平推到冬季档，通过小窗与大窗之间的上下两个缝隙，进行热压自然通风，如图4所示。夏季室内供冷的时候，室内外温差较小，可以用较大的档进行换气。
计算表明，当上下缝隙高差为1m的时候，按照室外0℃，室内20℃考虑，热压将达到0．86Pa，对于冬季工况缝隙宽为0．03m，长为0．8m的时候，热压驱动的通风换气量为16．1ms／hr，换气次数恰好达到0．3次／小时。还可以考虑更简单的气窗设计方案，如图5所示：采用平拉塑钢外窗，为其设立两个通风换气档(冬季档和夏季档)。
上文所述的基于热压自然通风原理的住宅通风换气方案， 由于通风动力较小，而且进排风口位置相距较近， 因此会存在较明显的冷热不均的现象。接近通风换气口的区域，空气品质较好，但温度较低；而离通风换气口较远的内区空气品质依然得不到改善。
2．机械通风换气方案
除了热压Ih然通风的方式之外，采用机械排风、Ih然补风也是一个可以考虑的方案。居室机械通风方案一般应结合浴厕排风一并考虑，而厨房抽油烟机的排风和补风系统应单独考虑。设计思路为浴厕排风风机的排风量除了满足浴厕Ih身的换气次数之外，还应承担主要房间的换气通风量。Ih然进风仍然采用通风换气口考虑，让通风换气口的开闭与浴厕风机的开闭连动控制。
以某一户形为例说明具体的设计方案：按照有效通风面积(客厅、卧室共43．4mz)进行设计，0．3次换气次数需要43．5m3／h的通风量；浴厕的面积为4．64 ，按照浴厕换气所要求的10次换气量计算需要125．3m3／h的通风量；鉴于二者的换气量相差较大，可以考虑按照二档风速来设定排风机。仅为了室内通风，可采用低档风速；为了排出浴厕气味或水蒸汽时候可以用高档风速。此方案中排风机的成本稍有提高；但能确保较为稳定的通风效果。通风换气口可以考虑选择在客厅或卧室的外窗下方安装，当通风换气口总面积达到0．2×0．2m2，则出口风速为0．3m／s，风速较低不会给人带来冷风感。
目前，采用热回收的机械通风方案应用也越来越普遍。此种方案的特点是初投资大，但节能效果明显。当前市场上已有成熟的产品，这些产品均具有双向通风、回收室内能量、过滤空气的功能。模拟计算表明，对于常规住宅，冬季即使按照0．3次的微量换气计算，新风带入的负荷仍能占总体采暖负荷的36％左右，如果采用热回收的新风换气设备，能够减少新风负荷50 以上，这样总体能减少采暖负荷20％左右，节能效果比较明显。但目前各个厂家生产的新风换气机，设备外形类似于空调窗机，易破坏建筑立面。同时，这些设备提供的通风换气量通常较大，最小档的都在5次／小时以上，对于一般住宅居室是没有必要的。这些缺点都直接影响了这些设备在民用住宅中的推广，因此研发一种适用于住宅的热回收机械通风设备已是当前需要解决的问题。
三、结论
本文对北方地区住宅冬季通风换气问题进行了研究，针对达到0．3次／小时换气次数的室内新风标准提出并比较了几种可行方案。
方案(1)在外墙上设置专门的通风换气口：对于一般住宅，可考虑在外墙上下方安装联动开闭的通风换气口，同样可通过热压Ih然通风实现冬季新风微量换气。考虑到北方地区冬季主导风向多为北风，且住宅的主要功能房间多位于南向，所以可考虑主要在南向外墙上采用这种方案。
方案(2)与外窗结合设计：通常住宅用户解决冬季通风换气，最直接的做法就是开窗换气。但由于用户通常无法掌握开窗尺度而往往达不到最优的通风换气量。本方案通过模拟计算给出用户明确的开窗尺度，以通过热压自然通风保证微风换气量的要求。
方案(3)机械排风、自然补风方案：设计思路为浴厕排风风机的排风量除了满足浴厕自身的换气次数之外，还承担主要功能房间的换气通风量。自然补风仍然从专设的通风换气口进入，让通风换气口的开闭与浴厕风机的开闭连动控制。一般居室需要的新风换气量为浴厕需要的排风量的一半左右，所以浴厕的排风机可设置为两档风速。
方案(4)采用基于热回收设备的机械通风方案：此种方案的特点是初投资大，但节能效果明显。目前新风换气机已有较为成熟的产品，但这些设备通常体积较大，而且换气量较大。这些缺点都直接影响了这些设备在民用住宅中的推广。因此开发一种适用于住宅的热回收机械通风设备已是当前需要解决的问题。
来源：互联网