有壓力梯度要求的工業建筑的滲透風量與廠房的風量平衡

文｜中國核電工程有限公司 魏 剛 梁 鵬

1 引言

有壓力梯度要求的工業廠房一般用于處理有各類安全隱患，例如帶有放射性、生物危險性等的物質，所以維持負壓梯度對于這類建筑很重要。借助完善的自控系統來保證廠房運行期間進、排風設備的正常運行是維持負壓的重要手段，而合理的進、排風風量平衡設計則是保證負壓梯度能夠實現的基礎。沒有好的風量平衡設計，無論采用何等先進的自控系統也無法保證負壓梯度的實現。因此，正確、合理地確定送、排風量，才是維持負壓的關鍵。而在風量平衡設計中，門窗縫隙的滲透補風是需要設計者考慮的。本文將結合門窗縫隙滲透補風量的理論計算，分析有壓力梯度要求的工業廠房的風量平衡問題。

2 模型建立

如圖1所示，某有壓力梯度要求的廠房位于我國西北寒冷地區，有1500mm×1500mm的鋁合金推拉外窗C1[1]、900mm×2100mm的平開鋁合金外門M2[1]、900mm×2100mm的平開夾板木門M1[2]（內門）各一扇。為簡化計算，將房間相對負壓值假設如下：

◆ “G區房間”相對“G區走道”為-10Pa；

◆ “G區走道”相對“過渡間”為-10Pa；

◆ “過渡間”相對“W區房間”為-10Pa。

3 分析

3.1 “G區房間”風量平衡分析

“G區房間”的風量平衡有如下關系：

式中，P1為房間有組織排風量，S1為房間有組織送風量，B1為通過門、窗的無組織滲透補風量（本例只考慮內門）。P1可根據排除余熱、余濕的需要或規范、標準規定的換氣次數等確定。B1可根據所選門、窗的有關氣密性的物理特性和門、窗兩側壓力差的大小確定，通常為：

式中，l為門窗縫隙計算長度，單位為m；L為單位長度縫隙滲透空氣量L，單位為m3/（m·h）。

L與門窗兩側的作用壓差Δp之間的關系通常由實驗確定，實驗數據一般整理成下式：

式中，a、b為與門窗構造有關的特性常數。

由上式可見，作用在門窗兩側的作用壓差越大，L就越大。

同時，L值要符合所選內門窗應遵循的氣密性方面的標準。例如門M1[2]的氣密性不應低于《建筑外門的空氣滲透性能和雨水滲透性能分級及其檢測方法》（GB/T 13686-1992）規定的Ⅱ級——相當于《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》（GB/T 7106-2008）規定的6級（GB/T 13686-92已被GB/T 7106-2008替代）。

GB/T 7106-2008對外門窗氣密性進行了分級，采用壓力差為10Pa時的單位縫長空氣滲透量q1和單位面積空氣滲透量q2作為分級指標。分級指標值如表1所示。

根據以上規范的要求，門M1在10Pa壓差下的最大、最小滲透補風量分別為：

圖1 有壓力梯度要求的廠房模型圖

該門的實際滲透補風量應介于上述兩值之間。

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

式中，系數2是參照文獻[4]中“門縫的L值為同類窗縫的兩倍”的描述得來的。

由此計算出的L值大于GB/T 13686-1992中Ⅴ級門和GB/T 7106—2008中1級門的標準值，說明文獻[4]給出的數據偏大。

通過以上分析，證明了按文獻[4]計算所得的數據偏大，而且有時不符合相關標準的要求。在沒有實測數據的情況下，如果B1相對于P1數值較小，根據所選門窗的級別，按規范取q1進行滲透風量的大小計算在工程上是可行的——工業廠房往往屬于這類情形。

對于q1的取值，筆者認為可以取相應級別范圍的小指標值，因為這樣能保證計算的滲透風量B算不大于B實（維持負壓實際需要的滲透風量），實際工程中可以通過調節房間送風管上的閥門，減小有組織送風量S1來調整滲透風量，從而保證房間的負壓。相反，如果q1取相應級別范圍的大指標值，會使B算不低于B實，進而導致S1在設計時就偏小，無法通過調節房間送風管上的閥門將房間的負壓調整到設計值，往往造成房間負壓過大。

除“G區房間”以外的其他房間的風量平衡關系與上述分析相同。

3.2 廠房總體風量平衡分析

廠房總體風量平衡關系如下：

式中，P2為廠房有組織排風量，S2為廠房有組織送風量，B2為通過廠房外門的無組織滲透風量，B3為通過廠房外窗的無組織滲透風量。其中，P2可根據排除余熱、余濕的需要或規范、標準規定的換氣次數等確定，B2、B3可根據所選外門、外窗的有關滲透風的物理特性和所處地區氣象條件來確定。

需要說明的是，目前國家已制定了針對不同氣候分區的居住建筑節能標準——《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 134-2001）、《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75—2003）、《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準（征求意見稿）》（JGJ 26-2010）對于居住建筑外門、窗的氣密性都有相應規定。而對于工業建筑，暫時沒有相應的節能標準，也就沒有關于工業建筑外門、窗的氣密性的相應規定。建設部目前正在全力推動工業建筑節能標準的制定工作。在實際設計工作中，對于工業建筑外門、外窗的特性，筆者認為可以參照相應氣候區的居住建筑節能標準的相關要求。

本文假設的模型位于我國西北寒冷地區，故參照JGJ 26-2010。

外門滲透風量的計算方法與前述相同。其滲透風量按實測數據（相關參數查文獻[1]得）為：

外窗的滲透風量參考JGJ 26-2010中關于外窗的密閉性規定——外窗應具有良好的密閉性能，1～6層外窗的氣密性等級不應低于GB/T 7106-2008中規定的4級，7層以上的不應低于GB/T 7106-2008中規定的6級——按照其規定的4級進行分析、計算。

表1 GB/T 7106-2008建筑外門窗氣密性能分級表

采用《建筑外窗氣密性能分級及檢測方法》（GB/T 7107-2002）中規定的方法計算外窗冷空氣滲透量。針對不同的朝向，按下式計算：

式中，V為滲透冷空氣量，單位為m3/h；L為通過單位長度窗縫隙進入室內的滲透冷空氣量，單位為m3/（m·h）；n為滲透空氣量的修正系數，《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019-2003）給出了我國104個城市的n值；l為窗縫隙的計算長度，單位為m。

對于外窗C1，查得n為1.0，按實測數據[1]L為1.0m3/（m·h）計算得：

若按標準規定的4級取值，取L為0.5～1.5m3/（m·h），則通過該外窗的滲透風量范圍為：

從計算數值可以看出，按標準的分級取值也能滿足工程需要。由以上數據得到外門窗的最大總滲透風量為：

可見，按照節能標準的限值來選定外門窗，單個門窗滲透風量的絕對值是很小的。而有壓力梯度要求的工業廠房，其對外的門窗數量通常不會很多；因此其總滲透風量相對于廠房的有組織送、排風量而言往往也很小。

若室外補風量B的取值比理論計算值大很多，則集中送風量S2會偏小，可能會導致送風機選型偏小，造成廠房負壓過大，無法調出所需的設計負壓值。

若B的取值比理論計算值小，則集中送風量S2會偏大，可能會導致送風機選型偏大。但考慮到相對于廠房的有組織送、排風量，滲透風量的絕對數值和相對數值都很小，這種偏差不會對風機選型造成實質性的影響——而且由于可以通過閥門來調小送風量，所以這種情況下依然能調出所需的設計負壓值。

所以，對于有壓力梯度要求的工業廠房，在沒有相關外門窗物理特性參數的情況下，保持有組織送風量和有組織排風量相等是一個快速、簡易地確定送風量的基本準則。

4 結束語

（1）對于門窗滲透風量，具體設計中應盡可能根據不同地區和不同類型的門、窗的特性，按照實測數據進行詳細計算。在沒有所選門窗氣密性實測數據的情況下，根據所選門窗的級別，按照“取相應級別范圍的小指標值”的原則，取單位縫長分級指標值q1進行滲透風量的計算在工程上是可行的。

（2）對于有壓力梯度要求的工業廠房，在沒有相關外門窗物理特性參數的情況下，保持廠房整體有組織送風和有組織排風量相等是一個合理的基本原則。

1 鋁合金門窗 02J603-1.中國建筑標準設計研究院

2 木門 88JXS-1-2000.北京市人居建筑技術開發有限公司

3 董重成，李春剛，張思思.塑鋼窗冷風滲透耗熱量計算.暖通空調，2009，39（9）

4 陸耀慶.供暖通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版.1986