上海地区住宅换气方式适用技术经济性分析

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。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。由于采用一般机械换气方式的房间需要吊顶，对于没有吊顶的住宅可以采用无管通风系统。

关键词： 换气系统 全热交换器系统 集中机械排风

0 引言

近些年来，由于人们对住宅装修逐渐重视，室内装修趋向高档化、复杂化，各种各样的装饰材料如强化木地板、纤维板、泡沫绝缘材料、大理石等广泛应用于室内。这些装饰材料本身以及粘结剂都会释放大量的污染物，如甲醛、苯、TVOC、氡等，严重污染住宅的室内空气品质，威胁人们的身体健康。特别是新装修的住宅，室内污染物的释放量更是大的惊人。根据2003年对上海市若干住宅气密性的调查测试显示，近5年内上海建造的住宅气密性普遍偏高，使得空气渗透量极少，远远不能满足住宅换气量的要求。通过对这些住宅中甲醛、苯及TVOC浓度的测试，结果显示92％的住宅污染物浓度超过了GB50325－2001的标准浓度，其中有些住宅的甲醛浓度超标近20倍。

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、VOC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效果。对于上海地区居民，选用何种换气方式和换气系统较为适当，是我们目前所需要解决的问题。

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

[1~3]对自然换气方式进行了研究。R.Priyadarsini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]。Viktor Dorer等对四套安装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]。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，他们利用实验房（test house）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

国内自80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空气渗透及能耗分析方法，文献[10]在纯风压的基础上，运用串并联理论、基尔霍夫节点定律及网络图论等手段建立一简化渗风气流模型。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10h^-1的范围内变化，但最高也可达50h^-1。文献[12]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。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经济性分析

2.1 自然换气方式

上海处于夏热冬冷地区，夏季空调室外设计温度为34^OC，冬季通风室外设计温度为 3 ^OC。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，不能满足换气要求。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。文献[15]显示，上海地区住宅冬季室内温度集中在7～13 ^OC，房间的层高约为2.7m，室内外温差约为10 ^OC，靠热压作用不能满足换气次数要求。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

2.2.1 机械换气方式的技术性分析

机械换气方式有（1）集中机械排风，自然送风；（2）集中机械送风，自然排风；（3）集中机械给排风，这种换气系统种通常安装能量回收装置，称为全热交换器系统；（4）复合式换气。机械换气系统一般要用管道连接，管道需要藏在吊顶以内，应此机械换气系统适用于有吊顶的住宅。对于无吊顶的住宅，可采用无管机械通风系统，这样住宅只需要局部吊顶。采用集中机械排风、自然送风的房间室内处于负压，可有效的排除室内污浊空气，换气效率高。而集中机械送风、自然排风的房间室内处于正压，排风气流组织不易控制，因此较少在住宅种使用。采用全热交换器系统的房间，在换气的同时，回收室内空气的冷（热）量，是一种节能的换气方式。复合式换气方式是将集中机械排风、自然送风和被动式自然换气方式结合起来，冬季室内外温差较大式采用被动式换气方式，当自然换气动力不足时开启排风机。上海地区冬季室内外温差仅为10 ^OC左右，不能满足自然换气要求，因此采用复合式换气方式是不适合的。

2.2.2 机械换气方式的经济性分析

对于适合上海地区采用的集中机械排风、自然送风系统和全热交换器系统，以下将从初投资、运行能耗费用、运行维护费用等方面进行分析。

（1）初投资

（2）运行能耗费用

对于特定的一台全热换气机，其每小时节省的能量可表示为：

（1）

把代入（1）中，得到，

（2）

其中V——新、排风体积流量，m³/h;

——室外干空气密度，kg/m³;

——新风进口空气焓，kJ/kg;

——新风出口空气焓，kJ/kg;

——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cop约为2.5，因此全热交换器每小时节省的空调电能为：

(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：

（4）

其中——全热交换器耗电量，kW。

（3）运行维护费用

（4）生命周期总费用

3 结论

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。由于采用一般机械换气方式的房间需要吊顶，对于没有吊顶的住宅可以采用无管通风系统。

4

1.Priyadarsini, R., Cheong, K.W., Wong, N.H: Enhancement of natural ventilation in high-rise residential buildings using stack system, Energy and Buildings, v 36, n 1, January, 2004, p 61-71

2.Hamdy, I.F., Fikry, M.A.: Passive solar ventilation, Renewable Energy, v 14, n 1-4, May-Aug.1998, p 381-6

3.Schultz, J.M.: Naturlig ventilation med varmegenvinding.(Natural ventilation with heat recovery) , DTH-LV-MEDD-249, Dec 1993, 66p

4.Shapiro, Andy; Cawley, David, King, Jeremy : A field study of exhaust only ventilation system performance in residential new construction in Vermont, Proceedings ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, v 12000, p 1261-1272

5.Dorer, Viktor, Breer, Dieter: Residential mechanical ventilation systems: performance criteria and evaluations, Energy and Buildings, v 27, n 3, Jun, 1998, p 247-255

6.Manz, H., Huber, H., Schalin, A., Weber, A.,Ferrazzini, M., Studer, M.: Performance of single room ventilation units with recuperative or regenerative heat recovery, Energy and Buildings, v 31, n 1, Jan, 2000, p 37-47

7.Yoshino Hiroshi, Jing Liu: Experimentak analysis of hybrid ventilation system, Proceedings of the 7th International Conference on Air Distribution in Rooms, Volume II, p831-835, 2000.7

8.H.Matsumoto, M.Kato, H.Yoshino: Iaq control by hybrid ventilation and material sorption in houses, Proceeding of the 4th International Conference on Indoor Air Quality, Ventilation and Energy Conservation in Beijing, Volume1, p.125-132.Octouber,2001.

9.Yoshino Hiroshi, J.Liu, J.Lee, J.Wada: Experimental and numerical analysis on hybrid ventilation system performance for residential buildings, Proceeding of the 4th International Conference on Indoor Air Quality, Ventilation and Energy Conservation in Beijing, Volume1, p.157-164.Octouber,2001.

10.屈睿瑰，刘广海.基于风压作用下渗风气流模型的研究.华东大学学报，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.清华大学学报，2003.6

12.魏学孟.民用建筑管道式自然通风.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分析.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.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.硕士学位，2005