有压力梯度要求的工业建筑的渗透风量与厂房的风量平衡

文｜中国核电工程有限公司 魏 刚 梁 鹏

1 引言

有压力梯度要求的工业厂房一般用于处理有各类安全隐患，例如带有放射性、生物危险性等的物质，所以维持负压梯度对于这类建筑很重要。借助完善的自控系统来保证厂房运行期间进、排风设备的正常运行是维持负压的重要手段，而合理的进、排风风量平衡设计则是保证负压梯度能够实现的基础。没有好的风量平衡设计，无论采用何等先进的自控系统也无法保证负压梯度的实现。因此，正确、合理地确定送、排风量，才是维持负压的关键。而在风量平衡设计中，门窗缝隙的渗透补风是需要设计者考虑的。本文将结合门窗缝隙渗透补风量的理论计算，分析有压力梯度要求的工业厂房的风量平衡问题。

2 模型建立

如图1所示，某有压力梯度要求的厂房位于我国西北寒冷地区，有1500mm×1500mm的铝合金推拉外窗C1[1]、900mm×2100mm的平开铝合金外门M2[1]、900mm×2100mm的平开夹板木门M1[2]（内门）各一扇。为简化计算，将房间相对负压值假设如下：

◆ “G区房间”相对“G区走道”为-10Pa；

◆ “G区走道”相对“过渡间”为-10Pa；

◆ “过渡间”相对“W区房间”为-10Pa。

3 分析

3.1 “G区房间”风量平衡分析

“G区房间”的风量平衡有如下关系：

式中，P1为房间有组织排风量，S1为房间有组织送风量，B1为通过门、窗的无组织渗透补风量（本例只考虑内门）。P1可根据排除余热、余湿的需要或规范、标准规定的换气次数等确定。B1可根据所选门、窗的有关气密性的物理特性和门、窗两侧压力差的大小确定，通常为：

式中，l为门窗缝隙计算长度，单位为m；L为单位长度缝隙渗透空气量L，单位为m3/（m·h）。

L与门窗两侧的作用压差Δp之间的关系通常由实验确定，实验数据一般整理成下式：

式中，a、b为与门窗构造有关的特性常数。

由上式可见，作用在门窗两侧的作用压差越大，L就越大。

同时，L值要符合所选内门窗应遵循的气密性方面的标准。例如门M1[2]的气密性不应低于《建筑外门的空气渗透性能和雨水渗透性能分级及其检测方法》（GB/T 13686-1992）规定的Ⅱ级——相当于《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GB/T 7106-2008）规定的6级（GB/T 13686-92已被GB/T 7106-2008替代）。

GB/T 7106-2008对外门窗气密性进行了分级，采用压力差为10Pa时的单位缝长空气渗透量q1和单位面积空气渗透量q2作为分级指标。分级指标值如表1所示。

根据以上规范的要求，门M1在10Pa压差下的最大、最小渗透补风量分别为：

图1 有压力梯度要求的厂房模型图

该门的实际渗透补风量应介于上述两值之间。

文献[3]提及公式②中的a、b值可查文献[4]的表6～11得到。查文献[4]得门M1的a值为1.63，b值为0.56，可以算得：

式中，系数2是参照文献[4]中“门缝的L值为同类窗缝的两倍”的描述得来的。

由此计算出的L值大于GB/T 13686-1992中Ⅴ级门和GB/T 7106—2008中1级门的标准值，说明文献[4]给出的数据偏大。

通过以上分析，证明了按文献[4]计算所得的数据偏大，而且有时不符合相关标准的要求。在没有实测数据的情况下，如果B1相对于P1数值较小，根据所选门窗的级别，按规范取q1进行渗透风量的大小计算在工程上是可行的——工业厂房往往属于这类情形。

对于q1的取值，笔者认为可以取相应级别范围的小指标值，因为这样能保证计算的渗透风量B算不大于B实（维持负压实际需要的渗透风量），实际工程中可以通过调节房间送风管上的阀门，减小有组织送风量S1来调整渗透风量，从而保证房间的负压。相反，如果q1取相应级别范围的大指标值，会使B算不低于B实，进而导致S1在设计时就偏小，无法通过调节房间送风管上的阀门将房间的负压调整到设计值，往往造成房间负压过大。

除“G区房间”以外的其他房间的风量平衡关系与上述分析相同。

3.2 厂房总体风量平衡分析

厂房总体风量平衡关系如下：

式中，P2为厂房有组织排风量，S2为厂房有组织送风量，B2为通过厂房外门的无组织渗透风量，B3为通过厂房外窗的无组织渗透风量。其中，P2可根据排除余热、余湿的需要或规范、标准规定的换气次数等确定，B2、B3可根据所选外门、外窗的有关渗透风的物理特性和所处地区气象条件来确定。

需要说明的是，目前国家已制定了针对不同气候分区的居住建筑节能标准——《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134-2001）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2003）、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（征求意见稿）》（JGJ 26-2010）对于居住建筑外门、窗的气密性都有相应规定。而对于工业建筑，暂时没有相应的节能标准，也就没有关于工业建筑外门、窗的气密性的相应规定。建设部目前正在全力推动工业建筑节能标准的制定工作。在实际设计工作中，对于工业建筑外门、外窗的特性，笔者认为可以参照相应气候区的居住建筑节能标准的相关要求。

本文假设的模型位于我国西北寒冷地区，故参照JGJ 26-2010。

外门渗透风量的计算方法与前述相同。其渗透风量按实测数据（相关参数查文献[1]得）为：

外窗的渗透风量参考JGJ 26-2010中关于外窗的密闭性规定——外窗应具有良好的密闭性能，1～6层外窗的气密性等级不应低于GB/T 7106-2008中规定的4级，7层以上的不应低于GB/T 7106-2008中规定的6级——按照其规定的4级进行分析、计算。

表1 GB/T 7106-2008建筑外门窗气密性能分级表

采用《建筑外窗气密性能分级及检测方法》（GB/T 7107-2002）中规定的方法计算外窗冷空气渗透量。针对不同的朝向，按下式计算：

式中，V为渗透冷空气量，单位为m3/h；L为通过单位长度窗缝隙进入室内的渗透冷空气量，单位为m3/（m·h）；n为渗透空气量的修正系数，《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）给出了我国104个城市的n值；l为窗缝隙的计算长度，单位为m。

对于外窗C1，查得n为1.0，按实测数据[1]L为1.0m3/（m·h）计算得：

若按标准规定的4级取值，取L为0.5～1.5m3/（m·h），则通过该外窗的渗透风量范围为：

从计算数值可以看出，按标准的分级取值也能满足工程需要。由以上数据得到外门窗的最大总渗透风量为：

可见，按照节能标准的限值来选定外门窗，单个门窗渗透风量的绝对值是很小的。而有压力梯度要求的工业厂房，其对外的门窗数量通常不会很多；因此其总渗透风量相对于厂房的有组织送、排风量而言往往也很小。

若室外补风量B的取值比理论计算值大很多，则集中送风量S2会偏小，可能会导致送风机选型偏小，造成厂房负压过大，无法调出所需的设计负压值。

若B的取值比理论计算值小，则集中送风量S2会偏大，可能会导致送风机选型偏大。但考虑到相对于厂房的有组织送、排风量，渗透风量的绝对数值和相对数值都很小，这种偏差不会对风机选型造成实质性的影响——而且由于可以通过阀门来调小送风量，所以这种情况下依然能调出所需的设计负压值。

所以，对于有压力梯度要求的工业厂房，在没有相关外门窗物理特性参数的情况下，保持有组织送风量和有组织排风量相等是一个快速、简易地确定送风量的基本准则。

4 结束语

（1）对于门窗渗透风量，具体设计中应尽可能根据不同地区和不同类型的门、窗的特性，按照实测数据进行详细计算。在没有所选门窗气密性实测数据的情况下，根据所选门窗的级别，按照“取相应级别范围的小指标值”的原则，取单位缝长分级指标值q1进行渗透风量的计算在工程上是可行的。

（2）对于有压力梯度要求的工业厂房，在没有相关外门窗物理特性参数的情况下，保持厂房整体有组织送风和有组织排风量相等是一个合理的基本原则。

1 铝合金门窗 02J603-1.中国建筑标准设计研究院

2 木门 88JXS-1-2000.北京市人居建筑技术开发有限公司

3 董重成，李春刚，张思思.塑钢窗冷风渗透耗热量计算.暖通空调，2009，39（9）

4 陆耀庆.供暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版.1986