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新风系统在民用建筑中的应用

2016-10-20 03:30:09.0   |    作者:王智超 伍品 杨英霞   |   浏览:83
摘要:分析了民用建筑中对新风系统有迫切需求的几类典型建筑,比较了常见的几种建筑通风系统,针对传统新风系统的诸多问题,分析了几种新型新风系统的优势。对比国内外空气质量相关标准中最受关注的控制指标PM10、PM2.5的不同要求,提出适用于我国民用建筑新风系统的几种空气处理技术措施。

  摘要:分析了民用建筑中对新风系统有迫切需求的几类典型建筑,比较了常见的几种建筑通风系统,针对传统新风系统的诸多问题,分析了几种新型新风系统的优势。对比国内外空气质量相关标准中最受关注的控制指标PM10、PM2.5的不同要求,提出适用于我国民用建筑新风系统的几种空气处理技术措施。

  关键词:民用建筑;新风系统;空气处理

  0 引言

  人的一生约70%~90%的时间在室内环境中度过,尤其是生活在城市中的现代人。近年来,我国大面积出现的雾霾天气,使人们强烈意识到新鲜、清洁的空气对于身体健康和生活品质的重要性,对室内空气质量的关注也达到前所未有的高度。新风系统将成为实现室内环境健康和舒适的主要手段,因此将新风系统应用于民用建筑尤为迫切。

  1 现状及需求性分析

  目前,民用建筑的新风系统主要以两种形式存在:一是与集中式或半集中式空调系统相结合的新风系统;二是采用分体空调、VRV空调等分散式空调系统的独立新风系统。对于第一种形式,我国标准规范中对新风量和系统设计等有明确要求;而第二种形式是随着我国建筑节能的发展和人们对室内空气质量的重视逐渐发展起来的,逐渐在住宅、中小型办公建筑、幼儿园、学校等建筑中应用。但由于缺乏相关的标准规范,在设计、施工及运行过程中存在较多问题。本文仅对独立新风系统进行探讨。

  (1)对于住宅类建筑,我国长期以来大多是靠门窗的渗透、开窗通风来满足室内的通风需求。随着建筑节能要求的提高,在冬季供暖季节,单靠门窗的渗透通风无法满足住宅的卫生要求,而开窗的无组织通风会增加采暖能耗;在夏季空调季节,开窗通风也会造成空调能耗的增加。在大气环境污染严重的地区,开窗通风还会引入细菌、病毒等污染物,并引起噪声污染等。随着人们生活水平的提高,经常5~10年进行一次居室装修,家装材料会带入甲醛等各种污染物,其挥发时间却需要10~15年,甚至更长的时间。现代人的不少行为直接影响了居住建筑的空气质量,不良的室内环境时刻威胁着人类健康。

  (2)办公建筑是人们日常工作的环境,是民用建筑中比较重要的一类。不少普通办公建筑采用分散式空调,未设新风系统。一些人员密集的办公区域,空间狭小、人数繁多,空气污浊、不流通,且含氧量低。在这种室内环境条件下,很容易诱发人体肌体和大脑新陈代谢能力的降低,带来一系列“病态建筑综合症”。

  (3)医院是民用建筑中比较特殊的一类。在一些中大型医院内,也经常看到某些功能区间人满为患,通风系统设计不合理,气流组织混乱,新风量严重不足。医院的服务对象多为易感人群,污染源多且复杂,封闭空间更加助长了细菌的繁殖,还存在交叉感染的隐患等,这些问题已经严重影响到医患人员的健康和医院的可持续发展。

  (4)另外,相对于成年人来说,无论是机体免疫力还是生活质量,老人和儿童都是比较脆弱的一个群体。老人和儿童大部分时间在室内活动,室外活动时间少。因此敬老院、幼儿园及中小学校等建筑室内环境的健康更为重要。经分析,这几类典型的民用建筑对新风系统均有较大的需求。

  2 常见建筑通风系统

  2.1 建筑通风方式

  2.1.1 自然通风

  自然通风是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段,是一种具有很大潜力的通风方式,具有节能、改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点。

  但是,采用自然通风实现通风换气有一定的适用条件。首先,自然通风受季节和气候因素影响大;其次,自然通风的间断性对室内甲醛等污染物的排除效果不好;而且自然通风环境的噪声水平和空气污染物浓度是城市环境治理中的难点,也成为自然通风技术在城市建筑中应用的主要障碍之一。

  另外,随着建筑外窗的气密性不断提高,自然渗透通风量也已不能满足室内空气质量的要求。若采用开窗通风,不仅通风量和气流组织不易控制,而且还会将室外的污染带入室内,并引起噪声污染等问题。因此,机械通风或自然与机械结合的机械通风成为解决建筑室内空气品质的主要手段。

  2.1.2 机械通风

  科学合理的机械通风系统,不仅需要保证提供足够的满足卫生要求的新风量,还要体现节能性;空气的流向也必须科学合理且组织有序,建筑新风从清洁区域进入,由污浊处排出;机械通风时间也要人性化考虑;除了保证厨房、卫生间等特殊区域使用时的通风,需保证建筑新风的连续性,实现建筑内一年365天有组织、定量地连续通风。

  针对机械通风来说,主要有3种通风方式:机械进风机械排风,机械进风自然排风和自然进风机械排风。这3种通风方式各有一定的优缺点及适用性。

  (1)机械进风机械排风其进风量和排风量可根据不同的需要进行调节,但需要设置专门的设备机房或采用吊顶式安装等方式,且该系统管路复杂,占据空间,普通住宅不宜采用。

  (2)机械进风自然排风其工作流程是风机抽取的清新空气从建筑进风口进入,污浊空气从浴厕等区域排出,室内呈微正压。当自然进风困难时可考虑采用该系统。但是该通风方式可能存在新风在风管内被污染、送风速度过大、送风均匀性不好等缺点,室内容易出现通风死角。

  (3)自然进风机械排风主要依靠风机提供动力,通过排风管对房间主动排风形成负压,从而引进新风。自然进风的进风口一般安装在外窗或外墙上。这种通风方式最大的问题是新风不经处理直接引入室内,室内空气品质很难保证,因此对于大气污染严重的区域,不建议采用。

  2.2 通风系统类型

  一般来说,建筑通风系统是由风机、进风口、排风口及各种管道和接头组成,主要分为单向流负压式通风系统和双向流热回收式通风系统。

  (1)单向流负压式通风系统通常由1台排风主机、管道、窗式(或墙式)进气口组成,属于自然进风机械排风的通风方式。排风主机把室内的污浊空气排到室外,利用室内形成的负压使室外空气自然补入室内,通过室内外空气的置换达到净化室内空气的目的。单向流负压式通风系统成本低,日后维护较少。但是,室外空气补入室内时没有经过过滤和净化,有些室内所形成的负压会导致建筑内卫生间地漏和厨房油烟机返味,在寒冷地区,窗式(或墙式)进气口还有结露的危险。另外,在窗户上设置自然进风口的进风方式,与现行的绿色建筑中外窗气密性等相关条文标准相冲突。

  (2)双向流热回收式通风系统通常由1台热回收主机、管道、送风口、排风口组成,属于机械进风机械排风的通风方式。送风与排风同时由1台主机完成,在室内污浊空气与室外清新空气同时到达主机内部时,通过热回收芯体回收60%左右的能量,降低空调采暖季节的能量流失。双向流热回收式通风系统可以解决单向流负压式通风系统的诸多问题,还能通过自带或送风管道上安装空气净化装置等技术措施,有效驱除困扰人们的PM2.5。但是,双向流热回收式通风系统成本较高,主机体积较大,连接管道较多,热回收芯体及过滤装置需要定时维护。

  3 新型新风系统

  常见的通风系统通常不带控制系统,不能根据室内新风需求量的变化而变化。为保证室内较好的空气质量,最大限度地降低通风能耗,中国建筑科学研究院自主研发了智能型通风系统,还将蓄热材料引入建筑围护结构,发明了具有呼吸墙结构的相变热回收型新风系统。呼吸墙式相变热回收型新风系统的最大特点是可实现新风系统的建筑一体化,开辟了实现通风系统中排风热回收的另一大途径。

  3.1 智能型通风系统

  智能型通风系统主要由系统主机、检测分机、控制分机及排风设备等部件构成,可自带排风设备,也可与其他排风设备连锁控制,联合使用,属于单向负压式通风系统。与常见的单向流负压式通风系统相比,这种新型新风系统增加了CO2浓度、温度、湿度等特征信号,可根据室内新风需求量的变化,自动启停排风设备,具有更好的节能性。

  3.2 呼吸墙式相变热回收型新风系统

  呼吸墙式相变热回收型新风系统主要采用专门的通风装置有组织地进行通风换气,通过合理的设计,将蓄热材料引入建筑围护结构中,形成特有的呼吸墙结构,属于双向流热回收式通风系统。与常见的双向流热回收式通风系统相比,这种新型新风系统通过呼吸墙的蓄热与放热,回收排风中的热量或冷量,开辟了通风系统中排风热回收的另一途径,并为实现建筑一体化提供极大的可能性。

  4 新风系统空气处理技术措施

  新风系统在室外环境良好的情况下,仅需粗效过滤,简单将沙尘等大颗粒物过滤即可。但在室外大气污染严重的情况下,如果不对室外空气加以处理,简单地送入室内,会将室外的污染空气带入室内,加重室内污染。因此,新风系统中采取适宜的空气处理措施,将成为室内空气质量控制的关键。

  4.1 重点考察的评价指标

  在众多反映室内空气质量的评价指标中,PM2.5是一个全新的概念。PM2.5是指大气中粒径≤2.5μm的颗粒物。其特点是粒径小,富含大量的有毒有害物质,在大气中的停留时间长,输送距离远。PM2.5的污染源主要包括室外的污染空气、室内吸烟污染、炉具染料污染及部分化学活性气态污染物等。PM2.5对人体健康的危害极大,它能突破人体鼻腔绒毛及痰液的阻隔,通过呼吸道到达肺泡;沉积在肺泡上的颗粒物如被溶解,其溶解物质可以进入血液,遍布全身,损害血红蛋白的输氧能力,引发各种系统疾病。

  根据环境中PM2.5的浓度水平,我国将空气质量分为6个等级,如表1所示。

  表1 空气质量等级划分

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  注:浓度水平>500ug/m3为爆表

  与国外及国际组织的相关标准进行比较,我国针对空气质量中PM10和PM2.5的控制指标较低(见表2)。

  据统计,我国的民用建筑仅部分工程应用了新风系统,且仍以仅带有初效过滤器的新风系统居多。仅带有初效过滤装置的新风系统,针对PM2.5的一次通过效率约为20%~40%。这种配置形式的新风系统,室内空气质量仅能达到我国控制标准的中下水平,更达不到国际水平。

  表2 室内空气品质部分控制指标的国内外现行标准比较

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  4.2 可行的技术措施

  分析相关的调研测试,带有中效过滤装置的新风系统,针对PM2.5的一次通过效率约在40%~70%。若要满足我国较低的优良水平限值(24h均值75ug/m3),建筑新风系统中必须配备至少中效以上净化水平的组合式过滤装置。若要满足国际较高的优秀水平限值(24h均值25~35ug/m3),建筑新风系统必须配置中高效甚至亚高效以上净化水平的组合式过滤装置。具体来讲,需要保证新风系统装置对PM2.5的一次通过效率达90%以上。在室外大气污染严重的区域,需要保证新风系统装置对PM2.5的一次通过效率达95%以上。

  要达到国际较高的空气质量水平,可以采用以下技术措施,包括初效+静电除尘+袋式中高效(或亚高效)过滤(静袋合一)、初效+静电除尘+静电除尘(双层静电)等,根据建筑的具体情况分析比较及应用(见表3)。

  表3 空气质量控制措施比较

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  5 结语

  在我国不少城市出现大面积空气污染的严峻形势下,对于迫切需要新风系统的典型建筑,可通过设置科学合理的新风系统,实现室内环境的健康和舒适。与国外及国际组织相关标准进行比较,我国空气质量控制指标处于较低水平。鉴于新风系统对于实现优良空气质量的重要性,新风技术将不断发展并逐渐成熟,必将成为民用建筑中不可或缺的组成部分。

  参考文献:

  [1] 王智超,唐冬芬,胡晓明.住宅机械通风方式的国内研究现状与发展方向[J].暖通空调,2005(8):39-43.

  [2] 王智超.住宅通风设计及评价[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.

  [3] 王智超,杨英霞.通风对住宅夏季空调能耗的影响[J].暖通空调,2012(4):79-81,75.

  [4] GB/T 18883—2002室内空气质量标准[S].北京:中国标准出版社,2003.

  [5] GB3095—2012环境空气质量标准[S].北京:中国环境科学出版社,2012.


关键字:新风系统,空气处理
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