有壓力梯度要求的工業(yè)建筑的滲透風(fēng)量與廠房的風(fēng)量平衡

文｜中國核電工程有限公司 魏 剛 梁 鵬

1 引言

有壓力梯度要求的工業(yè)廠房一般用于處理有各類安全隱患，例如帶有放射性、生物危險(xiǎn)性等的物質(zhì)，所以維持負(fù)壓梯度對(duì)于這類建筑很重要。借助完善的自控系統(tǒng)來保證廠房運(yùn)行期間進(jìn)、排風(fēng)設(shè)備的正常運(yùn)行是維持負(fù)壓的重要手段，而合理的進(jìn)、排風(fēng)風(fēng)量平衡設(shè)計(jì)則是保證負(fù)壓梯度能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)。沒有好的風(fēng)量平衡設(shè)計(jì)，無論采用何等先進(jìn)的自控系統(tǒng)也無法保證負(fù)壓梯度的實(shí)現(xiàn)。因此，正確、合理地確定送、排風(fēng)量，才是維持負(fù)壓的關(guān)鍵。而在風(fēng)量平衡設(shè)計(jì)中，門窗縫隙的滲透補(bǔ)風(fēng)是需要設(shè)計(jì)者考慮的。本文將結(jié)合門窗縫隙滲透補(bǔ)風(fēng)量的理論計(jì)算，分析有壓力梯度要求的工業(yè)廠房的風(fēng)量平衡問題。

2 模型建立

如圖1所示，某有壓力梯度要求的廠房位于我國西北寒冷地區(qū)，有1500mm×1500mm的鋁合金推拉外窗C1[1]、900mm×2100mm的平開鋁合金外門M2[1]、900mm×2100mm的平開夾板木門M1[2]（內(nèi)門）各一扇。為簡化計(jì)算，將房間相對(duì)負(fù)壓值假設(shè)如下：

◆ “G區(qū)房間”相對(duì)“G區(qū)走道”為-10Pa；

◆ “G區(qū)走道”相對(duì)“過渡間”為-10Pa；

◆ “過渡間”相對(duì)“W區(qū)房間”為-10Pa。

3 分析

3.1 “G區(qū)房間”風(fēng)量平衡分析

“G區(qū)房間”的風(fēng)量平衡有如下關(guān)系：

式中，P1為房間有組織排風(fēng)量，S1為房間有組織送風(fēng)量，B1為通過門、窗的無組織滲透補(bǔ)風(fēng)量（本例只考慮內(nèi)門）。P1可根據(jù)排除余熱、余濕的需要或規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換氣次數(shù)等確定。B1可根據(jù)所選門、窗的有關(guān)氣密性的物理特性和門、窗兩側(cè)壓力差的大小確定，通常為：

式中，l為門窗縫隙計(jì)算長度，單位為m；L為單位長度縫隙滲透空氣量L，單位為m3/（m·h）。

L與門窗兩側(cè)的作用壓差Δp之間的關(guān)系通常由實(shí)驗(yàn)確定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般整理成下式：

式中，a、b為與門窗構(gòu)造有關(guān)的特性常數(shù)。

由上式可見，作用在門窗兩側(cè)的作用壓差越大，L就越大。

同時(shí)，L值要符合所選內(nèi)門窗應(yīng)遵循的氣密性方面的標(biāo)準(zhǔn)。例如門M1[2]的氣密性不應(yīng)低于《建筑外門的空氣滲透性能和雨水滲透性能分級(jí)及其檢測方法》（GB/T 13686-1992）規(guī)定的Ⅱ級(jí)——相當(dāng)于《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測方法》（GB/T 7106-2008）規(guī)定的6級(jí)（GB/T 13686-92已被GB/T 7106-2008替代）。

GB/T 7106-2008對(duì)外門窗氣密性進(jìn)行了分級(jí)，采用壓力差為10Pa時(shí)的單位縫長空氣滲透量q1和單位面積空氣滲透量q2作為分級(jí)指標(biāo)。分級(jí)指標(biāo)值如表1所示。

根據(jù)以上規(guī)范的要求，門M1在10Pa壓差下的最大、最小滲透補(bǔ)風(fēng)量分別為：

圖1 有壓力梯度要求的廠房模型圖

該門的實(shí)際滲透補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)介于上述兩值之間。

文獻(xiàn)[3]提及公式②中的a、b值可查文獻(xiàn)[4]的表6～11得到。查文獻(xiàn)[4]得門M1的a值為1.63，b值為0.56，可以算得：

式中，系數(shù)2是參照文獻(xiàn)[4]中“門縫的L值為同類窗縫的兩倍”的描述得來的。

由此計(jì)算出的L值大于GB/T 13686-1992中Ⅴ級(jí)門和GB/T 7106—2008中1級(jí)門的標(biāo)準(zhǔn)值，說明文獻(xiàn)[4]給出的數(shù)據(jù)偏大。

通過以上分析，證明了按文獻(xiàn)[4]計(jì)算所得的數(shù)據(jù)偏大，而且有時(shí)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在沒有實(shí)測數(shù)據(jù)的情況下，如果B1相對(duì)于P1數(shù)值較小，根據(jù)所選門窗的級(jí)別，按規(guī)范取q1進(jìn)行滲透風(fēng)量的大小計(jì)算在工程上是可行的——工業(yè)廠房往往屬于這類情形。

對(duì)于q1的取值，筆者認(rèn)為可以取相應(yīng)級(jí)別范圍的小指標(biāo)值，因?yàn)檫@樣能保證計(jì)算的滲透風(fēng)量B算不大于B實(shí)（維持負(fù)壓實(shí)際需要的滲透風(fēng)量），實(shí)際工程中可以通過調(diào)節(jié)房間送風(fēng)管上的閥門，減小有組織送風(fēng)量S1來調(diào)整滲透風(fēng)量，從而保證房間的負(fù)壓。相反，如果q1取相應(yīng)級(jí)別范圍的大指標(biāo)值，會(huì)使B算不低于B實(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致S1在設(shè)計(jì)時(shí)就偏小，無法通過調(diào)節(jié)房間送風(fēng)管上的閥門將房間的負(fù)壓調(diào)整到設(shè)計(jì)值，往往造成房間負(fù)壓過大。

除“G區(qū)房間”以外的其他房間的風(fēng)量平衡關(guān)系與上述分析相同。

3.2 廠房總體風(fēng)量平衡分析

廠房總體風(fēng)量平衡關(guān)系如下：

式中，P2為廠房有組織排風(fēng)量，S2為廠房有組織送風(fēng)量，B2為通過廠房外門的無組織滲透風(fēng)量，B3為通過廠房外窗的無組織滲透風(fēng)量。其中，P2可根據(jù)排除余熱、余濕的需要或規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的換氣次數(shù)等確定，B2、B3可根據(jù)所選外門、外窗的有關(guān)滲透風(fēng)的物理特性和所處地區(qū)氣象條件來確定。

需要說明的是，目前國家已制定了針對(duì)不同氣候分區(qū)的居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)——《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134-2001）、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75—2003）、《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（JGJ 26-2010）對(duì)于居住建筑外門、窗的氣密性都有相應(yīng)規(guī)定。而對(duì)于工業(yè)建筑，暫時(shí)沒有相應(yīng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，也就沒有關(guān)于工業(yè)建筑外門、窗的氣密性的相應(yīng)規(guī)定。建設(shè)部目前正在全力推動(dòng)工業(yè)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，對(duì)于工業(yè)建筑外門、外窗的特性，筆者認(rèn)為可以參照相應(yīng)氣候區(qū)的居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

本文假設(shè)的模型位于我國西北寒冷地區(qū)，故參照J(rèn)GJ 26-2010。

外門滲透風(fēng)量的計(jì)算方法與前述相同。其滲透風(fēng)量按實(shí)測數(shù)據(jù)（相關(guān)參數(shù)查文獻(xiàn)[1]得）為：

外窗的滲透風(fēng)量參考JGJ 26-2010中關(guān)于外窗的密閉性規(guī)定——外窗應(yīng)具有良好的密閉性能，1～6層外窗的氣密性等級(jí)不應(yīng)低于GB/T 7106-2008中規(guī)定的4級(jí)，7層以上的不應(yīng)低于GB/T 7106-2008中規(guī)定的6級(jí)——按照其規(guī)定的4級(jí)進(jìn)行分析、計(jì)算。

表1 GB/T 7106-2008建筑外門窗氣密性能分級(jí)表

采用《建筑外窗氣密性能分級(jí)及檢測方法》（GB/T 7107-2002）中規(guī)定的方法計(jì)算外窗冷空氣滲透量。針對(duì)不同的朝向，按下式計(jì)算：

式中，V為滲透冷空氣量，單位為m3/h；L為通過單位長度窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)的滲透冷空氣量，單位為m3/（m·h）；n為滲透空氣量的修正系數(shù)，《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50019-2003）給出了我國104個(gè)城市的n值；l為窗縫隙的計(jì)算長度，單位為m。

對(duì)于外窗C1，查得n為1.0，按實(shí)測數(shù)據(jù)[1]L為1.0m3/（m·h）計(jì)算得：

若按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4級(jí)取值，取L為0.5～1.5m3/（m·h），則通過該外窗的滲透風(fēng)量范圍為：

從計(jì)算數(shù)值可以看出，按標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)取值也能滿足工程需要。由以上數(shù)據(jù)得到外門窗的最大總滲透風(fēng)量為：

可見，按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的限值來選定外門窗，單個(gè)門窗滲透風(fēng)量的絕對(duì)值是很小的。而有壓力梯度要求的工業(yè)廠房，其對(duì)外的門窗數(shù)量通常不會(huì)很多；因此其總滲透風(fēng)量相對(duì)于廠房的有組織送、排風(fēng)量而言往往也很小。

若室外補(bǔ)風(fēng)量B的取值比理論計(jì)算值大很多，則集中送風(fēng)量S2會(huì)偏小，可能會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)選型偏小，造成廠房負(fù)壓過大，無法調(diào)出所需的設(shè)計(jì)負(fù)壓值。

若B的取值比理論計(jì)算值小，則集中送風(fēng)量S2會(huì)偏大，可能會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)選型偏大。但考慮到相對(duì)于廠房的有組織送、排風(fēng)量，滲透風(fēng)量的絕對(duì)數(shù)值和相對(duì)數(shù)值都很小，這種偏差不會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)選型造成實(shí)質(zhì)性的影響——而且由于可以通過閥門來調(diào)小送風(fēng)量，所以這種情況下依然能調(diào)出所需的設(shè)計(jì)負(fù)壓值。

所以，對(duì)于有壓力梯度要求的工業(yè)廠房，在沒有相關(guān)外門窗物理特性參數(shù)的情況下，保持有組織送風(fēng)量和有組織排風(fēng)量相等是一個(gè)快速、簡易地確定送風(fēng)量的基本準(zhǔn)則。

4 結(jié)束語

（1）對(duì)于門窗滲透風(fēng)量，具體設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能根據(jù)不同地區(qū)和不同類型的門、窗的特性，按照實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。在沒有所選門窗氣密性實(shí)測數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)所選門窗的級(jí)別，按照“取相應(yīng)級(jí)別范圍的小指標(biāo)值”的原則，取單位縫長分級(jí)指標(biāo)值q1進(jìn)行滲透風(fēng)量的計(jì)算在工程上是可行的。

（2）對(duì)于有壓力梯度要求的工業(yè)廠房，在沒有相關(guān)外門窗物理特性參數(shù)的情況下，保持廠房整體有組織送風(fēng)和有組織排風(fēng)量相等是一個(gè)合理的基本原則。

1 鋁合金門窗 02J603-1.中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院

2 木門 88JXS-1-2000.北京市人居建筑技術(shù)開發(fā)有限公司

3 董重成，李春剛，張思思.塑鋼窗冷風(fēng)滲透耗熱量計(jì)算.暖通空調(diào)，2009，39（9）

4 陸耀慶.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版.1986