一種無管道式住宅通風器的研制與性能測試研究*

伍 品，王智超，楊英霞，任玉杰

(中國建筑科學研究院，北京 100013)

0 引言

近些年，在建筑節能約束條件下，建筑外門窗氣密性不斷提高，自然滲透量已不能滿足室內空氣質量要求［1］;同時，大氣顆粒物污染又限制了開窗通風。在《住宅新風系統技術標準》的推進與指引下，住宅新風系統在居住建筑中不斷涌現。

常見的吊裝式、落地式等民用建筑新風系統，應用于新建住宅時，可配合建筑方案及機電專業要求，預留孔洞或施工完畢交付使用;應用于既有居住建筑時，層高、安裝空間等因素會帶來諸多限制條件。本文針對當前新風技術弊端，研制出一種無管道式住宅通風器［2］，施工簡單、維護方便、遠程開關、Wifi控制，對于改善住宅空氣品質具有深遠意義。

1 主要構成及系統簡述

無管道式住宅通風器包括風機、濾筒、風口、風帽、遠程Wifi開關等，安裝于房間外墻，單臺通風器可作為進風裝置，也可作為排風裝置，還可多臺通風器共同組成往復式通風系統［3］。通風器主體長度與安裝墻體厚度一致，孔徑根據通風量確定為120，160mm等，如圖1所示。

圖1 無管道式住宅通風器結構及外觀

1套住宅可應用多臺通風器組成1套通風系統，如圖2a所示：當臥室需要通風時，啟動其中的1、2號通風器進行通風，同時室外新風通過3、4號通風器進行補風;當客廳或餐廳需要進行通風時，啟動其中的3、4號通風器進行排風;同時，室外新風通過1、2號通風器自然補入室內，實現室內適時、適量的有組織換氣。

單房間也可單面墻或雙面墻獨立安裝，如圖2b所示：其中1臺通風器進風、另1臺自然排風，或1臺通風器排風、另1臺自然進風，房間內形成獨立的通風換氣系統。

圖2 無管道式住宅通風器安裝示意

2 性能測試與比對分析

無管道式住宅通風器的主要目的是實現室內外通風換氣，保證引入新鮮清潔空氣;采用遠程開關、Wifi啟停等，實現手機聯控，開啟智能化生活。

2.1 風機特性分析

風機是無管道式住宅通風器的重要部件，風機特性決定住宅新風系統運行效果，因此對幾類小風量風機進行了風量與風壓的特性測試與比對分析(見圖3)。

圖3 常見小風量風機

低噪聲軸流風機風量與風壓特性曲線如圖4所示，風壓低、風量大，且風壓隨風量變化不明顯;渦輪風扇風量與風壓的特性曲線如圖5所示，風壓高，風量小，具有離心風機的特點;斜流增壓風機共包括3種型號，風量及風壓的特性曲線如圖6所示，3種不同型號斜流增壓風機風量與風壓特性曲線的變化趨勢基本一致，風壓隨著風量增大而降低;在一定范圍的風量下，風壓降低不明顯。

圖4 低噪聲軸流風機特性曲線

圖5 渦輪風扇特性曲線

對比分析以上風機特性曲線，在優選規格型號情況下，渦流風機和斜流增壓風機可滿足住宅新風系統要求。針對無管道式住宅通風器，筒形結構的斜流增壓風機與通風器外殼形狀一致，本文研制的通風器風機類型即為斜流增壓風機。

圖6 斜流增壓風機特性曲線

2.2 濾筒特性分析

無管道式住宅通風器的另一重要部件是空氣濾網，其筒形結構決定了濾網類型，即筒狀濾筒。濾筒材質通常包括聚酯無紡布、覆膜無紡布和濾紙等。其中，聚酯無紡布濾筒具有強度高、使用壽命長、能承受較高的過濾風速等特點;覆膜濾筒摩擦系數小、疏水性強、清灰效果好;紙質濾筒過濾效率高、阻力低、不耐水。綜合考慮住宅新風系統空氣狀況及特性需求，紙質濾筒較適宜于該類建筑的新風系統。目前，紙質濾筒常用材質為玻璃纖維。為了解玻璃纖維濾筒的空氣阻力特性，對選用的玻璃纖維濾筒進行阻力測試。20～60m3/h風量下，玻璃纖維濾筒的空氣阻力與風量成正比關系，風量越大，空氣阻力越大，且濾筒的總體空氣阻力不高。

2.3 容塵量測試與分析

濾筒容塵量也是影響住宅新風系統性能的重要指標，主要表現在系統的通風效果及經濟性方面。濾筒更換不及時會導致系統阻力增大，過濾效率下降，同時濾筒更換過于頻繁又會增加新風系統的維護成本。在恒定通風量30m3/h情況下，對選用的玻璃纖維濾筒進行容塵量測試，由測試結果可知，隨著累計發塵量增多，玻璃纖維濾筒的空氣阻力不斷升高。當空氣阻力達到初始阻力(15.4Pa)的12倍(184.8Pa)時，累計發塵量即容塵量約6.1g。容塵量分別為1.1，4.1g時，濾筒的空氣阻力分別為29.4，95.2Pa。總體來看，玻璃纖維濾筒容塵量較低，在實際應用過程中應及時更換空氣濾筒。

3 濾筒更換時間分析

在工程應用中，濾筒容塵量即為運行過程中實際捕集到的顆粒狀污染物總量。因此，濾筒容塵量主要與濾筒過濾效率及項目所在地大氣環境中總懸浮顆粒物TSP的濃度狀況有關。

據調研，天津市城區各功能區PM10/TSP的比例在 49% ～74%，平均為 57%［4］;北京、西安的PM10/TSP的比例達70%［5］;貴陽市 PM10/TSP比值范圍為0.30 ～0.99，平均為0.70［6］;安陽市 PM10與TSP的比值范圍為35.7% ～91.6%，平均值為66.1%［7］。可見，在全國多數城市中，可吸入顆粒物PM10與總懸浮顆粒物TSP具有較好的相關性。城市污染嚴重的區域，PM10/TSP偏高;城市污染較弱的區域，PM10/TSP偏低;基本平均在 50% ～75%。依據近些年我國大、中城市對可吸入顆粒物PM10的大量監測數據，可分析全年總懸浮顆粒物TSP的濃度水平，從而給出濾筒容塵量與更換時間的關系。

以北京地區為例，2014-2016年大氣PM10的平均濃度如圖7所示。

圖7 北京地區近3年大氣PM10濃度統計

以各季度的3年均值為基礎，北京地區PM10/TSP取70%，濾筒對PM10的過濾效率取95%，則上述被測濾筒的終阻力取95.2Pa(即容塵量為4.1g)，則北京地區濾筒適宜的更換時間：第1季度為35d，第2季度為42d，第3季度為55d，第4季度為34d。

可以看出，北京地區的無管道式住宅新風系統，高效玻璃纖維濾筒的更換時間與北京地區四季的大氣污染狀況有直接的關系。

4 結語

在我國當前大氣狀況及特性需求下，適宜的渦流風機或斜流增壓風機，阻力低、效率高的玻璃纖維紙質濾筒，可滿足無管道式住宅新風系統對風量及風壓的需求;在設計及應用過程中，建議根據項目所在地室外大氣污染狀況，合理選擇容塵量，減小無管道式住宅新風系統的維護成本，并及時更換空氣濾筒，以保證系統的長期通風效果。

參考文獻：

［1］豐曉航，燕達，彭琛，等.建筑氣密性對住宅能耗影響的分析［J］.暖通空調，2014，44(2)：5-14.

［2］王智超，伍品，楊英霞，等.一種無管道式雙向新風系統：201320764498.X［P］.2014-02-09.

［3］王弈超，王智超，薛艷青.基于往復式通風的住宅通風效果對比分析［J］. 建筑科學，2017(6)：130-134.

［4］秦保平，解輝，韓靜.天津市空氣污染物PM10/TSP比例研究［J］. 制冷與空調，2002(6)：20-21.

［5］聯合國開發計劃署.中國城市空氣污染控制［M］.北京：中國科學技術出版社，2001.

［6］李金娟，楊榮師.貴陽市大氣顆粒物的污染特征及其與主要氣象要素的相關性分析［J］.西南大學學報(自然科學版)，2011(1)：91-95.

［7］周英濤，常艷文，張勇，等.安陽市環境空氣中TSP、PM10污染水平及相關性［J］.環境監測管理與技術，2003(3)：39-41.