建筑物内污染物区域模拟分析研究

随着人们对热舒适性和节能需求的升高, 人们对普通房间的密封性的要求越来越高, 但却出现了室内空气品质的问题。主要原因之一是大多数居民没有意识到房间通风的必要性。因为长时间以来, 人们一直认为通过房间自然渗透的风, 已足以防止室内的污染。另外的原因是现在的建筑材料越来越多的使用了化学成份。因此为了保证普通房间全年的空气品质, 有必要在房间通风及室内空气品质上进行进一步探讨。

1 多区域模型的应用

CONTAMW多区域网络模型用来研究多区域建筑内部气流、污染物扩散情况, 这些模型在质量守恒的基础上得到一系列非线形方程, 通过数值求解使所研究的问题得以简化, 该模型的应用以如下假设作为前提: (1) 各区域内空气混合均匀。 (2) 满足质量守恒。 (3) 模拟过程不涉及各区域的传热分析, 但提供各区域的温度数据, 模型假定各区域温度在整个模拟过程中维持用户给定值。

1.1 污染物分析

选择一个房间、房间的一部分或多个房间作为一个区域, 区域内的温度保持一致, 污染物在区域i的质量为:mαi=miCαi

其中:mi为区域的空气质量, Cαi为污染物的质量百分比。

假定该区域的通风效果很好, 因此区域内的污染物浓度一致, 且房间的污染物的浓度很低, 不足以改变室内空气中的污染物混合浓度。

1.2 气流分析

从区域j到i的气流量为Fj.i (kg/s) , 沿空气流通途径的压力降为Pj-Pi, 通过房间过滤器的气流量为f, 则有:Fj.i=f (Pj-Pi) ;空气的质量为mi (kg) , 在区域中用理想气体状态方程表示为:

2 通风形式对室内污染物的影响

通风系统的功能不仅包括供给新鲜空气、排出污染物, 而且还必须为居住者提供一个舒适的环境。首先模拟一个普通独立房间, 在测量过程中窗户是关着的, 房间的冷热在需要时作适当的调节。气流形式、温度分布可以通过数值模拟方法得出, 在模拟中, 甲醛的发散量通过通风量和浓度含量而测得, 从图1中可以看出:发散量在门窗关闭时, 浓度很高, 而且污染物随着房间内空气温度的升高而增大。

2.1 自然通风的影响

自然通风是由来自室外风速形成的“压差”和建筑表面的洞口间位置及温度造成的“温差”形成的室内外空气流动。由于自然通风涉及建筑形式、热压、风压、室外空气的热湿状态和污染情况等诸多因素。因此, 可以通过多区域模型使自然通风设计得以实现。通过室内空气的通风换气, 将室外新风引入室内, 降低室内污染物的浓度。

通过模拟可以看出打开位于污染区背风面的窗户是很有效的方法, 如图2所示, 污染物的浓度随着窗户的开启有明显的下降, 由于建筑物的背风面的压力为负, 因此采用此方法可以将污染物直接排出室外。在多层建筑中, 当风压和堆积气流压力方向一致时, 风能够加强这种堆积气流 (烟囱效应产生的气流) 。所以将出口设置在下风方向是很好的措施。

2.2 机械通风的影响

如果室外温度过高过低, 过于潮湿干燥, 或污染严重, 则不宜直接采用自然通风。尤其是当需要新鲜的室内空气而自然的力量不能够提供时, 通风就需要得到机械系统的支持。

通过多区域模型模拟一个大办公室内污染物总的污染物浓度随时间的变化情况。

污染源主要研究室内吸烟时产生的粒子。在研究中假定风向及风速是常数, 吸烟产生的烟气主要与室内发生源位置有关, 模拟时间为12月份, 因为在冬季室内的密闭性比较强。在模拟的过程中, 我们发现当房间有机械通风设备时时, 污染物浓度的总量有明显减少如图3所示, 这就说明扩散可以降低粒子的浓度。另外, 还必须考虑发生源及室外参数的一些情况。

3 结语

这些结果显示通风系统的特性。通风形式和天气条件影响着通风和室内空气品质的全年特性。采用自然通风系统的房间, 通过适当的通风口位置的设计能稀释和去除空间的污染物, 有效的改善室内热环境, 提高室内的舒适性。对于空气污染严重且空气流通不畅的房间, 特别是房间密闭性强的季节, 具有机械通风系统的房间则可以有效的降低污染物浓度。

因此, 全年模拟对恰当设计一个合理通风系统是必不可少的, 辅助使用机械通风和居民自行操作也是必要的, 而且这种模拟系统也会使你明白如何操作通风窗户和辅助的机械通风装置。

摘要：通过多区域模拟方案依据日常安排和居民对室内空气舒适度的要求, 包括温度及通风量对室内空气品质进行模拟而得出的结果。主要为了解释通风系统对室内空气品质的影响。

关键词：室内空气品质,通风方式,多区域模型

参考文献

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