不同送回风方式对主动式置换通风住宅室内环境的影响

田 柳 卢 军 吕怿非 王文卓

（1.重庆大学 重庆 400044；2.西安建筑科技大学 西安 710055）

0 引言

室内环境是人类生存和活动的重要场所，城市居民每天90%的时间是在各种室内环境中度过的。室内环境质量与人体健康息息相关[1]，室内环境对人体健康的影响越来越受国内外学者的关注[2]。随着人类生活品质的提高，室内污染源大量增加，为了控制或除去这些有害的污染物保障人体健康，同时提供一定的热舒适性，必须对室内温度、通风和污染物的浓度进行控制。置换通风是一种全新的通风方式，研究结果表明，在采用置换通风方式下的空调房间内具有较好的热舒适环境[3]并能提高室内的空气品质[3,4]，可为人们提供节能、环保和舒适健康型的工作生活空间。从通风空调角度研究IAQ的方法主要有模型实验和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法[5,6]，CFD以成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点，越来越受到人们的青睐。本文采用CFD方法，分别针对三种不同的送回风方式下主动式置换通风住宅建筑冬季和夏季室内速度场和污染物浓度（CO2和PM2.5）场分布进行模拟，借此分析不同送回风方式对置换通风住宅室内环境的影响。

1 模型建立

选取成都市某小区三室两厅户型为典型户型。典型户型的门窗为关闭状态，不考虑室外风场的影响。送风口固定于面向人体的侧墙上0.6m高度处，送风气流从进风口流入室内，与房间空气混合后从回风口排出[7]。根据送回风口不同的布置方式分成3种工况对室内气流组织进行分析，具体的房间模型见图1。

图1 三种送回风口布置方式的房间模型图Fig.1 The modeling diagrams of inlets and outlets locations

本模型中为便于计算假定室内人体CO2的释放量为0.11g/s，室外CO2的含量为0.03%。PM2.5模拟过程采用单分散颗粒入口[8]，入口颗粒的粒径为1μm，密度为783kg/m3，空气为连续项，并采用不可压缩流体描述，密度为1.225kg/m3，气-固两相间的曳力系数，采用schiller-naumann关联式，假定人体作为PM2.5发生源的强度为每人0.0916μg/s，冬夏季办公室新风机入口各风口PM2.5浓度为142mg/m3。入口采用速度入口边界条件，出口采用压力出口边界条件。

2 模拟结果分析与讨论

2.1 速度场的数值模拟与分析

2.1.1 夏季室内风场模拟结果

夏季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）空气流速分布如图2、图3和图4所示。

图2 单送单回室内空气流速分布图Fig.2 The air flow velocity distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，夏季新风送回风口采用单送单回方式时，室内送回风口处风速达到0.7m/s，室内其他部分风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.023m/s。

图3 多送单回室内空气流速分布图Fig.3 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，进回风口采用多送单回方式时，室内送回风口处的风速最大接近0.3m/s，室内其他部分风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.0051m/s。

图4 多送多回室内空气流速分布图Fig.4 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风进回风口采用多送多回方式时，室内送回风口处的最大风速接近0.3m/s，室内其他位置风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.0058m/s。

2.1.2 冬季室内风场模拟结果

冬季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）空气流速分布如图5、图6和图7所示。

图5 单送单回室内空气流速分布图Fig.5 The air flow velocity distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，冬季新风的送回风口采用单送单回方式时，室内送回风口处风速达到0.70m/s，室内其他部分风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.023m/s。

图6 多送单回室内空气流速分布图Fig.6 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新风的进回风口采用多送单回方式时，室内送回风口处的风速最大接近0.3m/s，室内其他部分风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.016m/s。

图7 多送多回室内空气流速分布图Fig.7 The air flow velocity distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风的进回风口采用多送多回方式时，室内送回风口处的最大风速接近0.3m/s，室内其他部分风速在0～0.2m/s之间，1.5m高处室内平均风速为0.014m/s。

新风的送回风口采用单送单回方式时的送风口速度最大达到0.77m/s，且只有客厅一个送风口，造成送风口处局部速度偏大，主卧和单卧的风速接近零。

2.2 室内CO2浓度模拟结果

2.2.1 夏季室内CO2浓度模拟结果

夏季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）室内CO2质量分数分布如图8、图9和图10所示。

图8 单送单回室内CO2质量分数分布图Fig.8 The CO2mass fraction distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，新风的送回风口采用单送单回方式时，室内CO2质量分数在0～0.22%之间，室内平均CO2质量分数为0.15%。

图9 多送单回室内CO2质量分数分布图Fig.9 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新风的送回风口采用多送单回方式时，室内CO2质量分数在0～0.20% 之间，室内平均CO2质量分数为0.14%。

图10 多送多回室内CO2质量分数分布图Fig.10 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风的送回风口采用多送多回方式时，室内CO2质量分数在0～0.16%之间，室内平均CO2质量分数为0.14%。

2.2.2 冬季室内CO2浓度模拟结果

冬季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）室内CO2质量分数分布如图11、图12和图13所示。

图11 单送单回室内CO2质量分数分布图Fig.11 The CO2mass fraction distribution diagrams of an inlet and an outlet

可以看出，新风的送回风口采用单送单回方式时，室内CO2质量分数在0～0.25%之间，室内平均CO2质量分数为0.152%。

图12 多送单回室内CO2质量分数分布图Fig.12 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

可以看出，新风的送回风口采用多送单回方式时，室内CO2质量分数在0～0.25%之间，室内平均CO2质量分数为0.15%。

图13 多送多回室内CO2质量分数分布图Fig.13 The CO2mass fraction distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风的送回风口采用多送多回方式时，室内CO2质量分数在0～0.25%之间，室内平均CO2质量分数为0.147%。

2.3 室内PM2.5浓度模拟结果

2.3.1 夏季室内PM2.5浓度模拟结果

夏季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）室内PM2.5浓度分布如图14、图15和图16所示。

图14 单送单回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.14 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of an inlet and an outlet

图15 多送单回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.15 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

图16 多送多回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.16 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风的送回风口采用单送单回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.209kg/m3；新风的送回风口采用多送单回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.108kg/m3；新风的送回风口采用多送多回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.083kg/m3。

2.3.2 冬季室内PM2.5浓度模拟结果

冬季新风的进回风口采用单送单回、多送单回、多送多回三种方式的室内送风口处（距地面0.60m）、1.5m高度处和室内回风口处（距地面2.2m）室内PM2.5浓度分布如图17、图18和图19所示。

图17 单送单回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.17 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of an inlet and an outlet

图18 多送单回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.18 The PM2.5mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and an outlet

图19 多送多回室内室内PM2.5质量浓度分布图Fig.19 The PM2.5 mass concentration distribution diagrams of multiple inlets and multiple outlets

可以看出，新风的送回风口采用单送单回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.021kg/m3；新风的送回风口采用多送单回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.040kg/m3；新风的送回风口采用多送多回方式时，室内平均PM2.5质量浓度为0.033kg/m3。

3 结论

（1）室内风速、室内CO2浓度和室内PM2.5浓度，与新风的送风口的位置与数量最为密切。

（2）新风采用单送单回方式时，由于送风口局部风速较大，在主卧和次卧的风速接近为零，因此通风明显弱于多送单回与多送多回方式。

（3）冬夏季室内CO2浓度：单送单回＞多送单回＞多送多回，且在同一工况下冬季室内CO2浓度普遍高于夏季。

（4）夏季室内PM2.5浓度：单送单回＞多送单回＞多送多回，冬季室内PM2.5浓度：多送单回＞多送多回＞单送单回，且在同一工况下夏季室内PM2.5浓度普遍高于冬季。

（5）新风的回风口的位置与数量，也会影响建筑物的风速、CO2质量分数、室内温度和PM2.5浓度。