關于通風系統室外進排風口最小距離的探討

曹益堅 高克文 余俊祥 吳美嫻

浙江大學建筑設計研究院有限公司

通風系統室外進、排風口的距離應保證經排風口排出的高溫或受污染的廢氣不會回流至空調通風系統的室外進風口或新風口。顯然，盡可能地加大進、排風口的距離有利于將排風口對送風口的不良影響降至最低，但是實際工程中由于建筑條件所限，不可能無限制地加大兩者間的距離，因此確定通風系統的進、排風口的最小距離就具有重要的實際指導意義。有鑒于此，本文通過對比分析我國《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》與美國ASHRAE 62.1 設計標準的相關條文及說明，結合空氣污染防治領域的相關要求與規定，探討確定通風系統進排風口最小距離的幾個關鍵性問題，以期對我國設計規范的后續修訂以及同類項目的設計提供參考。

1 中美規范對比

我國的《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB50736-2012）第6.3.1 條2 款規定“應避免進風、排風短路”，其條文說明中這樣解釋：“為了防止排風（特別是散發有害物質的排風）對進風的污染，進、排風口的相對位置應遵循避免短路的原則：進風口宜低于排風口3 m 以上，當進、排風口在同一高度時，宜在不同方向設置，且水平距離一般不宜小于10 m。用于改善室內舒適度的通風系統可根據排風中污染物的特征、濃度，通過計算適當減少排風口與新風口的距離。”[1]諸如生物安全實驗室排風、化學實驗室排風等均屬于散發有害物質的排風，因此應遠離送風口至少10 m 以上，但是在一般民用工程設計過程中，還需要更多地處理改善室內舒適度的通風系統進排風口的距離問題，雖然規范中提出可適當地減少，但是如何科學合理地確定減小后的進排風口距離，規范中卻沒有給出明確的計算方法和準則。

ASHRAE62.1-2016 的5.5.1 條款規定“室外取風口（包括自然通風系統的取風口）與室外特定潛在污染源保持的最小距離應滿足表5.5.1 或附錄B 的計算方法”[2]，規范中的表5.5.1 如表1 所示：

表1 距取風口最小距離

附錄B 給出了確定室外進風口與排風口距離的計算分析過程。

式中：Q 為排放量，L/S；U 為出流速度，m/s；DF 為稀釋倍數，無量綱。

式（1）源自ASHRAE 手冊有關最小稀釋倍數的公式：

式中：D0為初始射流稀釋倍數；DS為距離L 時稀釋倍數；C1為常數1.7；β1為常數0.25；UH為平均風速，按2.5 m/s 計。

將式（2）、（3）以及（4）整理即可得到式（1）。

出流速度需要根據排風方向做如下修正（圖1）：以排風口的最近點與進風口的邊緣做基準線，當排風口的排風方向與基線所成的角度大于45°時，U 值為正。當排風方向在兩條基準線之間時，U 值為負。其他情況，U 值均設為0。此外，直接向上排放的高溫氣體無風帽或百葉遮擋時，對U 值附加2.5 m/s。管道通氣口、帶有風帽或其他措施的排風以及無動力排風等，U值均設為0。以上的速度修正不難理解，當排風方向對著室外取風口時，U 值為負，L 增大，此時排風中的污染物易對室外進風造成影響，那么進排風口的最小距離相應增大，反之亦然。

圖1 排風速度修正示意

顯然，美國ASHRAE 62.1 對進排風口的最小距離要求規定相對來說更為詳細，并且分別給出了簡易的選用準則以及計算方法，便于使用者根據實際工程情況進行選擇，在學習ASHRAE 規范的過程中，筆者發現有幾個關鍵性的概念值得探討和借鑒，接下來將進行更為詳細的說明。

2 幾個關鍵性概念的探討

2.1 空氣質量分級

在表1 中出現了Class 2 空氣、Class 3 空氣、Class 4 空氣等概念，這是ASHRAE 62.1 基于相對污染濃度對空氣質量進行了分級。

Class 1：輕度污染、輕度感官刺激、非刺激性氣味的空氣。

Class 2：中度污染、中度感官刺激、輕微刺激性氣味的空氣。

Class 3：重度污染、重度感官刺激、重度刺激性氣味的空氣。

Class 4：含有有害煙氣或含有高濃度危險顆粒、生物氣溶膠的空氣。

空氣質量分級不僅僅是對確定室外送、排風口的隔離距離具有重要作用，同時也決定了建筑空間內是否可以使用回風。目前，我國針對室外大氣空氣質量有嚴謹的質量分級，以空氣質量指數（Air Quality Index，以下簡稱AQI）作為空氣質量管理和信息發布的主要形式[3]。我國的《室內空氣質量標準》（GB18883-2002）對室內空氣與人體健康相關的物理，化學，生物和放射性參數的標準值進行了相關規定[4]，但是對于建筑場所內的空氣質量分級卻沒有相關的具體規定。

顯然，對所有場所進行空氣質量檢測進而進行空氣質量分級并不實際，但我國的設計標準也可參照ASHRAE 62.1，根據項目特點以及使用場所的一般環境要求，對建筑工程中常見的使用環境進行空氣質量等級的劃分，這對后續進排風最小距離的確定乃至其他與室內空氣質量相關條文的修訂均有重要意義。

表2 是ASHRAE 62.1 中提到的一些典型場所的空氣質量等級。

表2 一般使用場所的空氣質量等級

2.2 稀釋倍數

在式（1）中，出現了稀釋倍數（DF）這一參數，并且這個參數對于確定室外進排風口的最小距離具有關鍵性的意義。由式（1）可知，當排風量與排風速度確定時，進排風口的最小距離與稀釋倍數呈正比關系，稀釋的倍數越大則進排風口所需的最小距離則越大，反之亦然。

對于由多種質量等級氣體混合而成的排風，其稀釋倍數根據各種氣體體積組分求平均：

與稀釋倍數相關的主要因素有：排放氣體中的有毒物質成分或有刺激性氣味的物質成分。排放物質成分的健康閾值和氣味閾值。排放物質成分初始濃度。

而其中物質成分的健康閾值可參考《室內空氣質量標準》（GB/T18883-2002）、《民用建筑工程室內環境污染控制規范》（GB50325-2001）、《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）等相關標準，氣味閾值則可根據《Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method》等相關指南確定。

ASHRAE 62.1 僅規定了Class 3 和Class 4 質量等級空氣的最小稀釋倍數，如表3 所示：

表3 最小稀釋倍數

因式（1）在使用過程中需要根據具體的工程情況代入排風量以及排風速度，因此只要確定與排風空氣質量等級對應的稀釋倍數即可確定室外進排風口的最小距離，ASHRAE 62.1 規范中未見Class 1 和Class 2 等空氣質量較高的排風的稀釋倍數，而Class 2 等級中的衛生間等地點為民用工程中的常見的排風場所，在設計中遇到的可能性相對較高，因此，有必要對其稀釋倍數進行更為詳細的分析與計算。

3 稀釋倍數優化分析

ASHRAE 62.1 將衛生間排風劃分為Class 2 空氣質量等級，雖然這些排風沒有危害，但其臭味讓人反感，特別是當這些排風重新通過新風取風口進入功能使用區會直接影響服務對象的正常使用。

衛生間排風中的異味主要來自于人類排泄物中的硫化氫（H2S），甲硫醇（CH4S）以及二甲基硫醚（C2H6S）。

以上各物質的濃度上限可通過嗅覺閾值表示，嗅覺閾值是通過人的感覺檢測得到的，包括感覺閾值和識別閾值，嗅覺閾值越低則該物質越容易被人察覺，一般我國通常采用三點比較式臭袋法進行惡臭的嗅覺閾值測定，這也是日本及東南亞其他國家的主要測定方法。目前，我國通常引用日本的嗅閾值作為我國惡臭物質嗅閾值的參考，近年來，國內有研究針對40 種常見物質的嗅閾值（體積分數）進行了測定，得到了我國的惡臭物質嗅閾值庫[5]，如表4 所示，該表對比分析了我國測定值與日本測定值，顯然，除甲硫醇與日本參考值相近外，衛生間排氣中的硫化氫與二甲基硫醚的國內外測定值有較大差異。在衛生間排風各組分物質濃度明確的條件下，可通過物質濃度與嗅覺閾值計算得出閾稀釋倍數。用公式表示為：閾稀釋倍數=該成分的物質濃度/該成分的嗅閾值濃度。

表4 典型惡臭物質嗅閾值測定結果

惡臭混合氣體中，惡臭物質的閾稀釋倍數越高，該物質在臭氣中的貢獻越大，產生的惡臭影響越大。即產生臭氣的主要污染物質不是物質濃度最高的惡臭物質，而是閾稀釋倍數最高的惡臭物質[6]。因此在惡臭污染防治中，選擇有效地去除閾稀釋倍數越高的惡臭物質是一種重要的治理手段。有研究者認為衛生間的排風異味主要由于甲硫醇[7]，而國內外甲硫醇的嗅閾值基本一致，本文基于此進行如下的討論分析：

文獻[7]中表明成人平均一天排放的排泄異味氣體約為100 ml，而其中甲硫醇的平均濃度約為5 ppmv，以單個廁所蹲位作為計算對象，單個廁所蹲位一般體積在2～3 m3（按3 m3計），考慮安全裕量，單個廁所蹲位按照每天服務于3～5 成人（按4 人計）計算，排放異味氣體約為400 ml，甲硫醇的閾稀釋倍數為5ppmv/0.00007ppmv=71428。

閾稀釋倍數與我們所求的稀釋倍數有著直接關系，基于房間體積惡臭氣體已被稀釋，閾稀釋倍數與基于房間體積的稀釋倍數之比即為排風所需的稀釋倍數。

基于房間體積的稀釋倍數為3/(400×10-6)=7500，所以，排風所需的稀釋倍數71428/7500=9.52，可圓整為10。

Class 1 等級的空氣質量最高，僅考慮空氣污染程度的話，稀釋倍數設置為5 即可滿足要求，因篇幅有限，此處不再做詳細的理論分析。

根據上述分析可得優化后稀釋倍數，具體如表5所示：

表5 稀釋倍數優化值

4 結論

室外進排風口的最小距離關系著室內環境送風的空氣質量，實際工程設計中往往忽視不同環境排風的污染程度而對進排風口的距離采用統一的標準。事實上，從預防空氣污染的角度，當室內環境空氣質量較高時，如辦公室、衛生間這類用房的排風口可適當放寬與新風口的距離，而當室內環境排風污染較為嚴重時，如廚房油煙、化學實驗室排風等，可適當加大進排風口的距離。為科學合理地確定不同場所，不同排風量及污染濃度的排風工況下進排風口的距離，有必要對常見場所的空氣質量等級進行劃分，并且明確常見場所的排風稀釋倍數，便于設計人員有針對性地對不同情況下的進排風口進行有效計算。