一种无管道式住宅通风器的研制与性能测试研究*

伍 品，王智超，杨英霞，任玉杰

(中国建筑科学研究院，北京 100013)

0 引言

近些年，在建筑节能约束条件下，建筑外门窗气密性不断提高，自然渗透量已不能满足室内空气质量要求［1］;同时，大气颗粒物污染又限制了开窗通风。在《住宅新风系统技术标准》的推进与指引下，住宅新风系统在居住建筑中不断涌现。

常见的吊装式、落地式等民用建筑新风系统，应用于新建住宅时，可配合建筑方案及机电专业要求，预留孔洞或施工完毕交付使用;应用于既有居住建筑时，层高、安装空间等因素会带来诸多限制条件。本文针对当前新风技术弊端，研制出一种无管道式住宅通风器［2］，施工简单、维护方便、远程开关、Wifi控制，对于改善住宅空气品质具有深远意义。

1 主要构成及系统简述

无管道式住宅通风器包括风机、滤筒、风口、风帽、远程Wifi开关等，安装于房间外墙，单台通风器可作为进风装置，也可作为排风装置，还可多台通风器共同组成往复式通风系统［3］。通风器主体长度与安装墙体厚度一致，孔径根据通风量确定为120，160mm等，如图1所示。

图1 无管道式住宅通风器结构及外观

1套住宅可应用多台通风器组成1套通风系统，如图2a所示：当卧室需要通风时，启动其中的1、2号通风器进行通风，同时室外新风通过3、4号通风器进行补风;当客厅或餐厅需要进行通风时，启动其中的3、4号通风器进行排风;同时，室外新风通过1、2号通风器自然补入室内，实现室内适时、适量的有组织换气。

单房间也可单面墙或双面墙独立安装，如图2b所示：其中1台通风器进风、另1台自然排风，或1台通风器排风、另1台自然进风，房间内形成独立的通风换气系统。

图2 无管道式住宅通风器安装示意

2 性能测试与比对分析

无管道式住宅通风器的主要目的是实现室内外通风换气，保证引入新鲜清洁空气;采用远程开关、Wifi启停等，实现手机联控，开启智能化生活。

2.1 风机特性分析

风机是无管道式住宅通风器的重要部件，风机特性决定住宅新风系统运行效果，因此对几类小风量风机进行了风量与风压的特性测试与比对分析(见图3)。

图3 常见小风量风机

低噪声轴流风机风量与风压特性曲线如图4所示，风压低、风量大，且风压随风量变化不明显;涡轮风扇风量与风压的特性曲线如图5所示，风压高，风量小，具有离心风机的特点;斜流增压风机共包括3种型号，风量及风压的特性曲线如图6所示，3种不同型号斜流增压风机风量与风压特性曲线的变化趋势基本一致，风压随着风量增大而降低;在一定范围的风量下，风压降低不明显。

图4 低噪声轴流风机特性曲线

图5 涡轮风扇特性曲线

对比分析以上风机特性曲线，在优选规格型号情况下，涡流风机和斜流增压风机可满足住宅新风系统要求。针对无管道式住宅通风器，筒形结构的斜流增压风机与通风器外壳形状一致，本文研制的通风器风机类型即为斜流增压风机。

图6 斜流增压风机特性曲线

2.2 滤筒特性分析

无管道式住宅通风器的另一重要部件是空气滤网，其筒形结构决定了滤网类型，即筒状滤筒。滤筒材质通常包括聚酯无纺布、覆膜无纺布和滤纸等。其中，聚酯无纺布滤筒具有强度高、使用寿命长、能承受较高的过滤风速等特点;覆膜滤筒摩擦系数小、疏水性强、清灰效果好;纸质滤筒过滤效率高、阻力低、不耐水。综合考虑住宅新风系统空气状况及特性需求，纸质滤筒较适宜于该类建筑的新风系统。目前，纸质滤筒常用材质为玻璃纤维。为了解玻璃纤维滤筒的空气阻力特性，对选用的玻璃纤维滤筒进行阻力测试。20～60m3/h风量下，玻璃纤维滤筒的空气阻力与风量成正比关系，风量越大，空气阻力越大，且滤筒的总体空气阻力不高。

2.3 容尘量测试与分析

滤筒容尘量也是影响住宅新风系统性能的重要指标，主要表现在系统的通风效果及经济性方面。滤筒更换不及时会导致系统阻力增大，过滤效率下降，同时滤筒更换过于频繁又会增加新风系统的维护成本。在恒定通风量30m3/h情况下，对选用的玻璃纤维滤筒进行容尘量测试，由测试结果可知，随着累计发尘量增多，玻璃纤维滤筒的空气阻力不断升高。当空气阻力达到初始阻力(15.4Pa)的12倍(184.8Pa)时，累计发尘量即容尘量约6.1g。容尘量分别为1.1，4.1g时，滤筒的空气阻力分别为29.4，95.2Pa。总体来看，玻璃纤维滤筒容尘量较低，在实际应用过程中应及时更换空气滤筒。

3 滤筒更换时间分析

在工程应用中，滤筒容尘量即为运行过程中实际捕集到的颗粒状污染物总量。因此，滤筒容尘量主要与滤筒过滤效率及项目所在地大气环境中总悬浮颗粒物TSP的浓度状况有关。

据调研，天津市城区各功能区PM10/TSP的比例在 49% ～74%，平均为 57%［4］;北京、西安的PM10/TSP的比例达70%［5］;贵阳市 PM10/TSP比值范围为0.30 ～0.99，平均为0.70［6］;安阳市 PM10与TSP的比值范围为35.7% ～91.6%，平均值为66.1%［7］。可见，在全国多数城市中，可吸入颗粒物PM10与总悬浮颗粒物TSP具有较好的相关性。城市污染严重的区域，PM10/TSP偏高;城市污染较弱的区域，PM10/TSP偏低;基本平均在 50% ～75%。依据近些年我国大、中城市对可吸入颗粒物PM10的大量监测数据，可分析全年总悬浮颗粒物TSP的浓度水平，从而给出滤筒容尘量与更换时间的关系。

以北京地区为例，2014-2016年大气PM10的平均浓度如图7所示。

图7 北京地区近3年大气PM10浓度统计

以各季度的3年均值为基础，北京地区PM10/TSP取70%，滤筒对PM10的过滤效率取95%，则上述被测滤筒的终阻力取95.2Pa(即容尘量为4.1g)，则北京地区滤筒适宜的更换时间：第1季度为35d，第2季度为42d，第3季度为55d，第4季度为34d。

可以看出，北京地区的无管道式住宅新风系统，高效玻璃纤维滤筒的更换时间与北京地区四季的大气污染状况有直接的关系。

4 结语

在我国当前大气状况及特性需求下，适宜的涡流风机或斜流增压风机，阻力低、效率高的玻璃纤维纸质滤筒，可满足无管道式住宅新风系统对风量及风压的需求;在设计及应用过程中，建议根据项目所在地室外大气污染状况，合理选择容尘量，减小无管道式住宅新风系统的维护成本，并及时更换空气滤筒，以保证系统的长期通风效果。

参考文献：

［1］丰晓航，燕达，彭琛，等.建筑气密性对住宅能耗影响的分析［J］.暖通空调，2014，44(2)：5-14.

［2］王智超，伍品，杨英霞，等.一种无管道式双向新风系统：201320764498.X［P］.2014-02-09.

［3］王弈超，王智超，薛艳青.基于往复式通风的住宅通风效果对比分析［J］. 建筑科学，2017(6)：130-134.

［4］秦保平，解辉，韩静.天津市空气污染物PM10/TSP比例研究［J］. 制冷与空调，2002(6)：20-21.

［5］联合国开发计划署.中国城市空气污染控制［M］.北京：中国科学技术出版社，2001.

［6］李金娟，杨荣师.贵阳市大气颗粒物的污染特征及其与主要气象要素的相关性分析［J］.西南大学学报(自然科学版)，2011(1)：91-95.

［7］周英涛，常艳文，张勇，等.安阳市环境空气中TSP、PM10污染水平及相关性［J］.环境监测管理与技术，2003(3)：39-41.