關(guān)于通風(fēng)系統(tǒng)室外進(jìn)排風(fēng)口最小距離的探討

曹益堅(jiān) 高克文 余俊祥 吳美嫻

浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

通風(fēng)系統(tǒng)室外進(jìn)、排風(fēng)口的距離應(yīng)保證經(jīng)排風(fēng)口排出的高溫或受污染的廢氣不會(huì)回流至空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的室外進(jìn)風(fēng)口或新風(fēng)口。顯然，盡可能地加大進(jìn)、排風(fēng)口的距離有利于將排風(fēng)口對(duì)送風(fēng)口的不良影響降至最低，但是實(shí)際工程中由于建筑條件所限，不可能無限制地加大兩者間的距離，因此確定通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)、排風(fēng)口的最小距離就具有重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。有鑒于此，本文通過對(duì)比分析我國(guó)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》與美國(guó)ASHRAE 62.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)條文及說明，結(jié)合空氣污染防治領(lǐng)域的相關(guān)要求與規(guī)定，探討確定通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)排風(fēng)口最小距離的幾個(gè)關(guān)鍵性問題，以期對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的后續(xù)修訂以及同類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

1 中美規(guī)范對(duì)比

我國(guó)的《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2012）第6.3.1 條2 款規(guī)定“應(yīng)避免進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)短路”，其條文說明中這樣解釋：“為了防止排風(fēng)（特別是散發(fā)有害物質(zhì)的排風(fēng)）對(duì)進(jìn)風(fēng)的污染，進(jìn)、排風(fēng)口的相對(duì)位置應(yīng)遵循避免短路的原則：進(jìn)風(fēng)口宜低于排風(fēng)口3 m 以上，當(dāng)進(jìn)、排風(fēng)口在同一高度時(shí)，宜在不同方向設(shè)置，且水平距離一般不宜小于10 m。用于改善室內(nèi)舒適度的通風(fēng)系統(tǒng)可根據(jù)排風(fēng)中污染物的特征、濃度，通過計(jì)算適當(dāng)減少排風(fēng)口與新風(fēng)口的距離?！盵1]諸如生物安全實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)等均屬于散發(fā)有害物質(zhì)的排風(fēng)，因此應(yīng)遠(yuǎn)離送風(fēng)口至少10 m 以上，但是在一般民用工程設(shè)計(jì)過程中，還需要更多地處理改善室內(nèi)舒適度的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)排風(fēng)口的距離問題，雖然規(guī)范中提出可適當(dāng)?shù)販p少，但是如何科學(xué)合理地確定減小后的進(jìn)排風(fēng)口距離，規(guī)范中卻沒有給出明確的計(jì)算方法和準(zhǔn)則。

ASHRAE62.1-2016 的5.5.1 條款規(guī)定“室外取風(fēng)口（包括自然通風(fēng)系統(tǒng)的取風(fēng)口）與室外特定潛在污染源保持的最小距離應(yīng)滿足表5.5.1 或附錄B 的計(jì)算方法”[2]，規(guī)范中的表5.5.1 如表1 所示：

表1 距取風(fēng)口最小距離

附錄B 給出了確定室外進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口距離的計(jì)算分析過程。

式中：Q 為排放量，L/S；U 為出流速度，m/s；DF 為稀釋倍數(shù)，無量綱。

式（1）源自ASHRAE 手冊(cè)有關(guān)最小稀釋倍數(shù)的公式：

式中：D0為初始射流稀釋倍數(shù)；DS為距離L 時(shí)稀釋倍數(shù)；C1為常數(shù)1.7；β1為常數(shù)0.25；UH為平均風(fēng)速，按2.5 m/s 計(jì)。

將式（2）、（3）以及（4）整理即可得到式（1）。

出流速度需要根據(jù)排風(fēng)方向做如下修正（圖1）：以排風(fēng)口的最近點(diǎn)與進(jìn)風(fēng)口的邊緣做基準(zhǔn)線，當(dāng)排風(fēng)口的排風(fēng)方向與基線所成的角度大于45°時(shí)，U 值為正。當(dāng)排風(fēng)方向在兩條基準(zhǔn)線之間時(shí)，U 值為負(fù)。其他情況，U 值均設(shè)為0。此外，直接向上排放的高溫氣體無風(fēng)帽或百葉遮擋時(shí)，對(duì)U 值附加2.5 m/s。管道通氣口、帶有風(fēng)帽或其他措施的排風(fēng)以及無動(dòng)力排風(fēng)等，U值均設(shè)為0。以上的速度修正不難理解，當(dāng)排風(fēng)方向?qū)χ彝馊★L(fēng)口時(shí)，U 值為負(fù)，L 增大，此時(shí)排風(fēng)中的污染物易對(duì)室外進(jìn)風(fēng)造成影響，那么進(jìn)排風(fēng)口的最小距離相應(yīng)增大，反之亦然。

圖1 排風(fēng)速度修正示意

顯然，美國(guó)ASHRAE 62.1 對(duì)進(jìn)排風(fēng)口的最小距離要求規(guī)定相對(duì)來說更為詳細(xì)，并且分別給出了簡(jiǎn)易的選用準(zhǔn)則以及計(jì)算方法，便于使用者根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行選擇，在學(xué)習(xí)ASHRAE 規(guī)范的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)關(guān)鍵性的概念值得探討和借鑒，接下來將進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。

2 幾個(gè)關(guān)鍵性概念的探討

2.1 空氣質(zhì)量分級(jí)

在表1 中出現(xiàn)了Class 2 空氣、Class 3 空氣、Class 4 空氣等概念，這是ASHRAE 62.1 基于相對(duì)污染濃度對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行了分級(jí)。

Class 1：輕度污染、輕度感官刺激、非刺激性氣味的空氣。

Class 2：中度污染、中度感官刺激、輕微刺激性氣味的空氣。

Class 3：重度污染、重度感官刺激、重度刺激性氣味的空氣。

Class 4：含有有害煙氣或含有高濃度危險(xiǎn)顆粒、生物氣溶膠的空氣。

空氣質(zhì)量分級(jí)不僅僅是對(duì)確定室外送、排風(fēng)口的隔離距離具有重要作用，同時(shí)也決定了建筑空間內(nèi)是否可以使用回風(fēng)。目前，我國(guó)針對(duì)室外大氣空氣質(zhì)量有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量分級(jí)，以空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，以下簡(jiǎn)稱AQI）作為空氣質(zhì)量管理和信息發(fā)布的主要形式[3]。我國(guó)的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB18883-2002）對(duì)室內(nèi)空氣與人體健康相關(guān)的物理，化學(xué)，生物和放射性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定[4]，但是對(duì)于建筑場(chǎng)所內(nèi)的空氣質(zhì)量分級(jí)卻沒有相關(guān)的具體規(guī)定。

顯然，對(duì)所有場(chǎng)所進(jìn)行空氣質(zhì)量檢測(cè)進(jìn)而進(jìn)行空氣質(zhì)量分級(jí)并不實(shí)際，但我國(guó)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也可參照ASHRAE 62.1，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)以及使用場(chǎng)所的一般環(huán)境要求，對(duì)建筑工程中常見的使用環(huán)境進(jìn)行空氣質(zhì)量等級(jí)的劃分，這對(duì)后續(xù)進(jìn)排風(fēng)最小距離的確定乃至其他與室內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)條文的修訂均有重要意義。

表2 是ASHRAE 62.1 中提到的一些典型場(chǎng)所的空氣質(zhì)量等級(jí)。

表2 一般使用場(chǎng)所的空氣質(zhì)量等級(jí)

2.2 稀釋倍數(shù)

在式（1）中，出現(xiàn)了稀釋倍數(shù)（DF）這一參數(shù)，并且這個(gè)參數(shù)對(duì)于確定室外進(jìn)排風(fēng)口的最小距離具有關(guān)鍵性的意義。由式（1）可知，當(dāng)排風(fēng)量與排風(fēng)速度確定時(shí)，進(jìn)排風(fēng)口的最小距離與稀釋倍數(shù)呈正比關(guān)系，稀釋的倍數(shù)越大則進(jìn)排風(fēng)口所需的最小距離則越大，反之亦然。

對(duì)于由多種質(zhì)量等級(jí)氣體混合而成的排風(fēng)，其稀釋倍數(shù)根據(jù)各種氣體體積組分求平均：

與稀釋倍數(shù)相關(guān)的主要因素有：排放氣體中的有毒物質(zhì)成分或有刺激性氣味的物質(zhì)成分。排放物質(zhì)成分的健康閾值和氣味閾值。排放物質(zhì)成分初始濃度。

而其中物質(zhì)成分的健康閾值可參考《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T18883-2002）、《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》（GB50325-2001）、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，氣味閾值則可根據(jù)《Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method》等相關(guān)指南確定。

ASHRAE 62.1 僅規(guī)定了Class 3 和Class 4 質(zhì)量等級(jí)空氣的最小稀釋倍數(shù)，如表3 所示：

表3 最小稀釋倍數(shù)

因式（1）在使用過程中需要根據(jù)具體的工程情況代入排風(fēng)量以及排風(fēng)速度，因此只要確定與排風(fēng)空氣質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)的稀釋倍數(shù)即可確定室外進(jìn)排風(fēng)口的最小距離，ASHRAE 62.1 規(guī)范中未見Class 1 和Class 2 等空氣質(zhì)量較高的排風(fēng)的稀釋倍數(shù)，而Class 2 等級(jí)中的衛(wèi)生間等地點(diǎn)為民用工程中的常見的排風(fēng)場(chǎng)所，在設(shè)計(jì)中遇到的可能性相對(duì)較高，因此，有必要對(duì)其稀釋倍數(shù)進(jìn)行更為詳細(xì)的分析與計(jì)算。

3 稀釋倍數(shù)優(yōu)化分析

ASHRAE 62.1 將衛(wèi)生間排風(fēng)劃分為Class 2 空氣質(zhì)量等級(jí)，雖然這些排風(fēng)沒有危害，但其臭味讓人反感，特別是當(dāng)這些排風(fēng)重新通過新風(fēng)取風(fēng)口進(jìn)入功能使用區(qū)會(huì)直接影響服務(wù)對(duì)象的正常使用。

衛(wèi)生間排風(fēng)中的異味主要來自于人類排泄物中的硫化氫（H2S），甲硫醇（CH4S）以及二甲基硫醚（C2H6S）。

以上各物質(zhì)的濃度上限可通過嗅覺閾值表示，嗅覺閾值是通過人的感覺檢測(cè)得到的，包括感覺閾值和識(shí)別閾值，嗅覺閾值越低則該物質(zhì)越容易被人察覺，一般我國(guó)通常采用三點(diǎn)比較式臭袋法進(jìn)行惡臭的嗅覺閾值測(cè)定，這也是日本及東南亞其他國(guó)家的主要測(cè)定方法。目前，我國(guó)通常引用日本的嗅閾值作為我國(guó)惡臭物質(zhì)嗅閾值的參考，近年來，國(guó)內(nèi)有研究針對(duì)40 種常見物質(zhì)的嗅閾值（體積分?jǐn)?shù)）進(jìn)行了測(cè)定，得到了我國(guó)的惡臭物質(zhì)嗅閾值庫(kù)[5]，如表4 所示，該表對(duì)比分析了我國(guó)測(cè)定值與日本測(cè)定值，顯然，除甲硫醇與日本參考值相近外，衛(wèi)生間排氣中的硫化氫與二甲基硫醚的國(guó)內(nèi)外測(cè)定值有較大差異。在衛(wèi)生間排風(fēng)各組分物質(zhì)濃度明確的條件下，可通過物質(zhì)濃度與嗅覺閾值計(jì)算得出閾稀釋倍數(shù)。用公式表示為：閾稀釋倍數(shù)=該成分的物質(zhì)濃度/該成分的嗅閾值濃度。

表4 典型惡臭物質(zhì)嗅閾值測(cè)定結(jié)果

惡臭混合氣體中，惡臭物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù)越高，該物質(zhì)在臭氣中的貢獻(xiàn)越大，產(chǎn)生的惡臭影響越大。即產(chǎn)生臭氣的主要污染物質(zhì)不是物質(zhì)濃度最高的惡臭物質(zhì)，而是閾稀釋倍數(shù)最高的惡臭物質(zhì)[6]。因此在惡臭污染防治中，選擇有效地去除閾稀釋倍數(shù)越高的惡臭物質(zhì)是一種重要的治理手段。有研究者認(rèn)為衛(wèi)生間的排風(fēng)異味主要由于甲硫醇[7]，而國(guó)內(nèi)外甲硫醇的嗅閾值基本一致，本文基于此進(jìn)行如下的討論分析：

文獻(xiàn)[7]中表明成人平均一天排放的排泄異味氣體約為100 ml，而其中甲硫醇的平均濃度約為5 ppmv，以單個(gè)廁所蹲位作為計(jì)算對(duì)象，單個(gè)廁所蹲位一般體積在2～3 m3（按3 m3計(jì)），考慮安全裕量，單個(gè)廁所蹲位按照每天服務(wù)于3～5 成人（按4 人計(jì)）計(jì)算，排放異味氣體約為400 ml，甲硫醇的閾稀釋倍數(shù)為5ppmv/0.00007ppmv=71428。

閾稀釋倍數(shù)與我們所求的稀釋倍數(shù)有著直接關(guān)系，基于房間體積惡臭氣體已被稀釋，閾稀釋倍數(shù)與基于房間體積的稀釋倍數(shù)之比即為排風(fēng)所需的稀釋倍數(shù)。

基于房間體積的稀釋倍數(shù)為3/(400×10-6)=7500，所以，排風(fēng)所需的稀釋倍數(shù)71428/7500=9.52，可圓整為10。

Class 1 等級(jí)的空氣質(zhì)量最高，僅考慮空氣污染程度的話，稀釋倍數(shù)設(shè)置為5 即可滿足要求，因篇幅有限，此處不再做詳細(xì)的理論分析。

根據(jù)上述分析可得優(yōu)化后稀釋倍數(shù)，具體如表5所示：

表5 稀釋倍數(shù)優(yōu)化值

4 結(jié)論

室外進(jìn)排風(fēng)口的最小距離關(guān)系著室內(nèi)環(huán)境送風(fēng)的空氣質(zhì)量，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中往往忽視不同環(huán)境排風(fēng)的污染程度而對(duì)進(jìn)排風(fēng)口的距離采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，從預(yù)防空氣污染的角度，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量較高時(shí)，如辦公室、衛(wèi)生間這類用房的排風(fēng)口可適當(dāng)放寬與新風(fēng)口的距離，而當(dāng)室內(nèi)環(huán)境排風(fēng)污染較為嚴(yán)重時(shí)，如廚房油煙、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)等，可適當(dāng)加大進(jìn)排風(fēng)口的距離。為科學(xué)合理地確定不同場(chǎng)所，不同排風(fēng)量及污染濃度的排風(fēng)工況下進(jìn)排風(fēng)口的距離，有必要對(duì)常見場(chǎng)所的空氣質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行劃分，并且明確常見場(chǎng)所的排風(fēng)稀釋倍數(shù)，便于設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地對(duì)不同情況下的進(jìn)排風(fēng)口進(jìn)行有效計(jì)算。