新风系统在住宅建筑中的应用研究

余紫阳

摘要：人有超过80%的时间是在室内度过的。我国标准中规定了室内的人均新风量不应小于30m³/h。但是目前，我国多数的住宅并未安装新风系统，通风手段仅采用厨房、卫生间的局部排风或者开窗通风的方式。有研究表明，仅依靠以上手段，并不能满足室内新风的最小需求。因此，在住宅建筑中，安装新风系统十分必要。为确保住宅建筑新风系统风量的合理分配，本文提出了一种新风系统设计方法，并通过计算流体力学模拟了一体积较小且带有六个出口的风量分配装置，以在不同位置设置不同长度的导流板的方式，得出在两侧设置长度为43mm的导流板，在中心设置长度为44mm导流板时，可以实现在一定风量范围内达到风量平衡且出口压力相等。

关键词：新风系统;住宅建筑;应用

前言

为了更好地实现建筑节能，建筑外门窗气密性的技术标准不断提高。外窗气密性等级达到《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GB/T7106-2008）规定的7级时，室内换气次数约0.25次/h。室内换气量不足，会对人体健康产生不利影响。此时，需要引入新风。近些年，大气颗粒物污染严重，相關研究表明，细颗粒物PM2.5能突破鼻腔、深入肺部，甚至渗透进入血液，如果长期暴露在PM2.5污染的环境中，会对人体健康造成危害，并可能诱发整个人体范围的疾病。因此，引入新风时还需要考虑PM2.5的空气过滤，从而带来了通风能耗的增加。为了节约能源，新风系统通常应用热回收装置。但是，热交换芯体同样是阻力构件，也会对通风能耗产生影响。

1模型建立及计算

1.1物理模型

由于该风量分配装置适用于住宅新风系统，须具有高度低，体积小等特点。其基本尺寸如下：长为200mm，宽为200mm，高度为150mm，入口风管位于入口壁面中心处，出口风管圆心距顶面75mm，距相邻面50mm，入口风管直径为120mm，六个出口风管直径均为75mm，入口及出口风管长度均为500mm。导流板方向与入口气流方向垂直，位于风量分配装置中心处，高度与风量分配装置相同，为150mm，厚度为3mm。本文将通过改变导流板个数以及长度的方式，找到能使六出口的风量分配装置达到压力平衡的特定条件。

1.2数学模型

在模拟时，对风量分配装置内的空气流动作以下假设：1）风量分配装置内空气为常温、低速，不可压缩流体，流体物性为常数。2）空气流动为稳态等温流动，各个物理量不随时间变化而变化。3）风量分配装置的气密性良好，不考虑漏风。4）入口风速垂直于入口面，且风速等值分布。5）假设各出口面静压为0。

1.3计算方法与边界条件

本研究采用三维standardk epsilon模型，并用单精度求解器以及SIMPLE算法求解方程。压力离散格式采用standard，其余离散格式均采用一阶迎风差分。入口边界条件定义为速度入口，出口边界条件定义为压力出口，且出口面压力为0。由于风量分配装置结构左右完全对称，为了便于计算，只建立一半模型，将对称面边界条件设为symmetry。模型采用Ansys软件中的mesh模块进行四面体网格划分，对入口，出口以及连接面网格进行部分加密处理。

2压力平衡与风量平衡的关系

由于实现上述新风系统设计方法需要一个能使各出口压力平衡的风量分配装置，现考虑以下关系。为了便于表述，以下内容中，出口为风量分配装置箱体与风管连接面出口，末端出口为风管末端出口。当风量分配装置各个末端出口风量平衡时，由于在以上建立的模型中，各管段管径相同，因此各管段以及末端出口的平均流速也相等。又因为各末端出口静压为0，由此可推出各个末端出口的全压相等。当各末端出口全压相等时，空气从风量分配装置入口至各末端出口的压力损失相等。因为各风管内平均流速相同，在管道材料、粗糙度等其他条件都相同时，可得各出口至各末端出口段压力损失相等。结合以上推论可得，风量分配装置入口至各出口的压力损失相等，即各出口的压力相等。因此，当风量分配装置风量平衡时即可实现风量分配装置出口压力平衡。由于风量分配装置出口面各点压力突变较大，难以进行测量，因此在以下结果分析中，以风量平衡为标准来判断风量分配装置出口压力是否达到相等。

3无导流板时流场分布

将入口断面平均流速定义为5.5m/s，即总风量为224m3/h。①—⑥号6个出口大部分空气从③④出口流出，其风量为68m³/h，小部分空气从②⑤出口流出，其风量为34m³/h，极少部分空气从①⑥出口流出，其风量为10m³/h。由于风量分配装置结构紧凑，腔体较小。在未设置导流板时，各出口风量难以达到平衡的状态。

4结论

为实现新风系统设计方法，需要得到一各出口压力平衡的风量分配装置。由于压力平衡问题在上述模型中可转换为风量平衡问题，通过数值模拟，得出以下结论：

1）当仅在风量分配装置中心设置导流板时，随导流板长度增加，出口①⑥的风量增长。出口②⑤的风量先增长后减少。出口③④的风量减少，不能实现风量平衡。

2）当仅在风量分配装置两侧设置导流板时，随导流板长度增加，出口①⑥的风量增长。出口②⑤以及出口③④的风量减少，不能实现风量平衡。

3）当在风量分配装置两侧设置长度为43mm，中心设置长度为44mm时，风量达到平衡状态，且在一定风量范围内均可以实现风量平衡，即风量分配装置出口压力相等。

参考文献：

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（作者单位：中国建筑第二工程局有限公司）