一種無管道式住宅通風(fēng)器的研制與性能測(cè)試研究*

伍 品，王智超，楊英霞，任玉杰

(中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

0 引言

近些年，在建筑節(jié)能約束條件下，建筑外門窗氣密性不斷提高，自然滲透量已不能滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量要求［1］;同時(shí)，大氣顆粒物污染又限制了開窗通風(fēng)。在《住宅新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的推進(jìn)與指引下，住宅新風(fēng)系統(tǒng)在居住建筑中不斷涌現(xiàn)。

常見的吊裝式、落地式等民用建筑新風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)用于新建住宅時(shí)，可配合建筑方案及機(jī)電專業(yè)要求，預(yù)留孔洞或施工完畢交付使用;應(yīng)用于既有居住建筑時(shí)，層高、安裝空間等因素會(huì)帶來諸多限制條件。本文針對(duì)當(dāng)前新風(fēng)技術(shù)弊端，研制出一種無管道式住宅通風(fēng)器［2］，施工簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、遠(yuǎn)程開關(guān)、Wifi控制，對(duì)于改善住宅空氣品質(zhì)具有深遠(yuǎn)意義。

1 主要構(gòu)成及系統(tǒng)簡(jiǎn)述

無管道式住宅通風(fēng)器包括風(fēng)機(jī)、濾筒、風(fēng)口、風(fēng)帽、遠(yuǎn)程Wifi開關(guān)等，安裝于房間外墻，單臺(tái)通風(fēng)器可作為進(jìn)風(fēng)裝置，也可作為排風(fēng)裝置，還可多臺(tái)通風(fēng)器共同組成往復(fù)式通風(fēng)系統(tǒng)［3］。通風(fēng)器主體長(zhǎng)度與安裝墻體厚度一致，孔徑根據(jù)通風(fēng)量確定為120，160mm等，如圖1所示。

圖1 無管道式住宅通風(fēng)器結(jié)構(gòu)及外觀

1套住宅可應(yīng)用多臺(tái)通風(fēng)器組成1套通風(fēng)系統(tǒng)，如圖2a所示：當(dāng)臥室需要通風(fēng)時(shí)，啟動(dòng)其中的1、2號(hào)通風(fēng)器進(jìn)行通風(fēng)，同時(shí)室外新風(fēng)通過3、4號(hào)通風(fēng)器進(jìn)行補(bǔ)風(fēng);當(dāng)客廳或餐廳需要進(jìn)行通風(fēng)時(shí)，啟動(dòng)其中的3、4號(hào)通風(fēng)器進(jìn)行排風(fēng);同時(shí)，室外新風(fēng)通過1、2號(hào)通風(fēng)器自然補(bǔ)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)適時(shí)、適量的有組織換氣。

單房間也可單面墻或雙面墻獨(dú)立安裝，如圖2b所示：其中1臺(tái)通風(fēng)器進(jìn)風(fēng)、另1臺(tái)自然排風(fēng)，或1臺(tái)通風(fēng)器排風(fēng)、另1臺(tái)自然進(jìn)風(fēng)，房間內(nèi)形成獨(dú)立的通風(fēng)換氣系統(tǒng)。

圖2 無管道式住宅通風(fēng)器安裝示意

2 性能測(cè)試與比對(duì)分析

無管道式住宅通風(fēng)器的主要目的是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外通風(fēng)換氣，保證引入新鮮清潔空氣;采用遠(yuǎn)程開關(guān)、Wifi啟停等，實(shí)現(xiàn)手機(jī)聯(lián)控，開啟智能化生活。

2.1 風(fēng)機(jī)特性分析

風(fēng)機(jī)是無管道式住宅通風(fēng)器的重要部件，風(fēng)機(jī)特性決定住宅新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效果，因此對(duì)幾類小風(fēng)量風(fēng)機(jī)進(jìn)行了風(fēng)量與風(fēng)壓的特性測(cè)試與比對(duì)分析(見圖3)。

圖3 常見小風(fēng)量風(fēng)機(jī)

低噪聲軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)壓特性曲線如圖4所示，風(fēng)壓低、風(fēng)量大，且風(fēng)壓隨風(fēng)量變化不明顯;渦輪風(fēng)扇風(fēng)量與風(fēng)壓的特性曲線如圖5所示，風(fēng)壓高，風(fēng)量小，具有離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn);斜流增壓風(fēng)機(jī)共包括3種型號(hào)，風(fēng)量及風(fēng)壓的特性曲線如圖6所示，3種不同型號(hào)斜流增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)壓特性曲線的變化趨勢(shì)基本一致，風(fēng)壓隨著風(fēng)量增大而降低;在一定范圍的風(fēng)量下，風(fēng)壓降低不明顯。

圖4 低噪聲軸流風(fēng)機(jī)特性曲線

圖5 渦輪風(fēng)扇特性曲線

對(duì)比分析以上風(fēng)機(jī)特性曲線，在優(yōu)選規(guī)格型號(hào)情況下，渦流風(fēng)機(jī)和斜流增壓風(fēng)機(jī)可滿足住宅新風(fēng)系統(tǒng)要求。針對(duì)無管道式住宅通風(fēng)器，筒形結(jié)構(gòu)的斜流增壓風(fēng)機(jī)與通風(fēng)器外殼形狀一致，本文研制的通風(fēng)器風(fēng)機(jī)類型即為斜流增壓風(fēng)機(jī)。

圖6 斜流增壓風(fēng)機(jī)特性曲線

2.2 濾筒特性分析

無管道式住宅通風(fēng)器的另一重要部件是空氣濾網(wǎng)，其筒形結(jié)構(gòu)決定了濾網(wǎng)類型，即筒狀濾筒。濾筒材質(zhì)通常包括聚酯無紡布、覆膜無紡布和濾紙等。其中，聚酯無紡布濾筒具有強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)、能承受較高的過濾風(fēng)速等特點(diǎn);覆膜濾筒摩擦系數(shù)小、疏水性強(qiáng)、清灰效果好;紙質(zhì)濾筒過濾效率高、阻力低、不耐水。綜合考慮住宅新風(fēng)系統(tǒng)空氣狀況及特性需求，紙質(zhì)濾筒較適宜于該類建筑的新風(fēng)系統(tǒng)。目前，紙質(zhì)濾筒常用材質(zhì)為玻璃纖維。為了解玻璃纖維濾筒的空氣阻力特性，對(duì)選用的玻璃纖維濾筒進(jìn)行阻力測(cè)試。20～60m3/h風(fēng)量下，玻璃纖維濾筒的空氣阻力與風(fēng)量成正比關(guān)系，風(fēng)量越大，空氣阻力越大，且濾筒的總體空氣阻力不高。

2.3 容塵量測(cè)試與分析

濾筒容塵量也是影響住宅新風(fēng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的通風(fēng)效果及經(jīng)濟(jì)性方面。濾筒更換不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大，過濾效率下降，同時(shí)濾筒更換過于頻繁又會(huì)增加新風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)成本。在恒定通風(fēng)量30m3/h情況下，對(duì)選用的玻璃纖維濾筒進(jìn)行容塵量測(cè)試，由測(cè)試結(jié)果可知，隨著累計(jì)發(fā)塵量增多，玻璃纖維濾筒的空氣阻力不斷升高。當(dāng)空氣阻力達(dá)到初始阻力(15.4Pa)的12倍(184.8Pa)時(shí)，累計(jì)發(fā)塵量即容塵量約6.1g。容塵量分別為1.1，4.1g時(shí)，濾筒的空氣阻力分別為29.4，95.2Pa?？傮w來看，玻璃纖維濾筒容塵量較低，在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)及時(shí)更換空氣濾筒。

3 濾筒更換時(shí)間分析

在工程應(yīng)用中，濾筒容塵量即為運(yùn)行過程中實(shí)際捕集到的顆粒狀污染物總量。因此，濾筒容塵量主要與濾筒過濾效率及項(xiàng)目所在地大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物TSP的濃度狀況有關(guān)。

據(jù)調(diào)研，天津市城區(qū)各功能區(qū)PM10/TSP的比例在 49% ～74%，平均為 57%［4］;北京、西安的PM10/TSP的比例達(dá)70%［5］;貴陽市 PM10/TSP比值范圍為0.30 ～0.99，平均為0.70［6］;安陽市 PM10與TSP的比值范圍為35.7% ～91.6%，平均值為66.1%［7］?？梢?，在全國(guó)多數(shù)城市中，可吸入顆粒物PM10與總懸浮顆粒物TSP具有較好的相關(guān)性。城市污染嚴(yán)重的區(qū)域，PM10/TSP偏高;城市污染較弱的區(qū)域，PM10/TSP偏低;基本平均在 50% ～75%。依據(jù)近些年我國(guó)大、中城市對(duì)可吸入顆粒物PM10的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可分析全年總懸浮顆粒物TSP的濃度水平，從而給出濾筒容塵量與更換時(shí)間的關(guān)系。

以北京地區(qū)為例，2014-2016年大氣PM10的平均濃度如圖7所示。

圖7 北京地區(qū)近3年大氣PM10濃度統(tǒng)計(jì)

以各季度的3年均值為基礎(chǔ)，北京地區(qū)PM10/TSP取70%，濾筒對(duì)PM10的過濾效率取95%，則上述被測(cè)濾筒的終阻力取95.2Pa(即容塵量為4.1g)，則北京地區(qū)濾筒適宜的更換時(shí)間：第1季度為35d，第2季度為42d，第3季度為55d，第4季度為34d。

可以看出，北京地區(qū)的無管道式住宅新風(fēng)系統(tǒng)，高效玻璃纖維濾筒的更換時(shí)間與北京地區(qū)四季的大氣污染狀況有直接的關(guān)系。

4 結(jié)語

在我國(guó)當(dāng)前大氣狀況及特性需求下，適宜的渦流風(fēng)機(jī)或斜流增壓風(fēng)機(jī)，阻力低、效率高的玻璃纖維紙質(zhì)濾筒，可滿足無管道式住宅新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量及風(fēng)壓的需求;在設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程中，建議根據(jù)項(xiàng)目所在地室外大氣污染狀況，合理選擇容塵量，減小無管道式住宅新風(fēng)系統(tǒng)的維護(hù)成本，并及時(shí)更換空氣濾筒，以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期通風(fēng)效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］豐曉航，燕達(dá)，彭琛，等.建筑氣密性對(duì)住宅能耗影響的分析［J］.暖通空調(diào)，2014，44(2)：5-14.

［2］王智超，伍品，楊英霞，等.一種無管道式雙向新風(fēng)系統(tǒng)：201320764498.X［P］.2014-02-09.

［3］王弈超，王智超，薛艷青.基于往復(fù)式通風(fēng)的住宅通風(fēng)效果對(duì)比分析［J］. 建筑科學(xué)，2017(6)：130-134.

［4］秦保平，解輝，韓靜.天津市空氣污染物PM10/TSP比例研究［J］. 制冷與空調(diào)，2002(6)：20-21.

［5］聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署.中國(guó)城市空氣污染控制［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［6］李金娟，楊榮師.貴陽市大氣顆粒物的污染特征及其與主要?dú)庀笠氐南嚓P(guān)性分析［J］.西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(1)：91-95.

［7］周英濤，常艷文，張勇，等.安陽市環(huán)境空氣中TSP、PM10污染水平及相關(guān)性［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2003(3)：39-41.