这个播客系列节选自一个为期两天的课程，名为“建筑科学基础”，由建筑科学公司的Joe Lstiburek博士和John Straube博士教授

有关参加现场课程的信息，请访问BuildingScienceSeminars.com

上周，乔博士谈到了砖石建筑的能源改造工作以及与此工作相关的水问题，从而结束了水管理的讨论。本周，约翰博士开始讨论空气管理。

这个关于空气如何工作的两部分播客系列已经被提炼成一篇专题文章，叫做空气泄漏，浪费能源，房屋腐烂
。它是绿色建筑百科全书的新“空气屏障”部分。

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所以我要谈谈气流控制和驱动气流的因素，以及一些空气屏障的细节。我不会过多地讨论蒸汽屏障因为空气屏障更重要我知道这是一个常见的问题:空气屏障和蒸汽屏障。

为什么我们要谈论控制气流?

嗯，有很多原因。

第一是水分控制。

防止潮湿空气在寒冷的表面凝结。更重要的原因其实是舒适和健康。你要确保你在家里，在办公室，在学校，在酒店呼吸的空气是干净的。而你知道它是否干净的唯一方法就是知道它的来源。如果你不知道空气从哪里来，你就会有空气质量问题。那些说“我希望我房子的墙壁能呼吸”的人实际上是在说:“我想依靠水管工和电工犯的错误来为我提供新鲜空气。”我不想封闭我的房子，因为我想依靠错误来呼吸。”这是非常危险的。

多年来，我们都没有受到惩罚因为我们的房子到处都是洞，到处都是漏洞，我们总是能呼吸到空气，我们稀释了我们吸入的污染物。但是今天，随着我们的房子越来越紧(因为一大堆其他的好理由)，我们不能依靠通过阁楼上的死松鼠呼吸来为我们和我们的家人提供新鲜空气——或者能够通过车库，在你的郊区，把新鲜空气带到你的家里。或者把你的爬行空间里的空气吸出去，这样你在房子里闻起来就像袜子一样。

所以我们需要确保新鲜空气来自室外，而不是通过我们的建筑外壳。乔，当他谈到室内空气质量问题时，许多问题都与空气流通控制不善有关，空气流通受到高温、紫外线或湿气的破坏。这些都是我们想要避免的事情。我们需要一个好的空气屏障的最大原因是要有真正好的空气质量。只有有了良好的空气屏障，我们才能知道空气从哪里来，才有机会控制空气的质量和数量。

另一件重要的事情是能量

在一个相对隔热良好的建筑中(就像许多房屋和许多绿色商业建筑一样)，空气泄漏成为整个组合中相当重要的一部分。特别是在寒冷的气候或炎热潮湿的气候中，空气泄漏可能导致三分之一或更多的能量通过建筑外壳传递。还有声音方面的问题。如果你在墙上——不管是隔墙还是外墙——弄了一个只有我手指大小的洞，你的声音传输等级就会降低5到10分。

至于我们要控制的是什么我们要控制穿过建筑外壳的气流，以及建筑外壳内的气流，我们会讲到这个。

加拿大国家建筑规范要求空气屏障已经有近20年的历史了，但在大多数州仍然没有要求。它仍然不在ASHRAE 90.1或IRC中，尽管我们已经知道，从研究的角度来看，这可能已经有30年了，这是一个非常重要的问题。

气流的三种作用力

首先，为了理解为什么空气会移动，我们来看看驱动空气的力量:风、烟囱效应和暖通空调。风的影响意味着空气从迎风面泄漏，并在背风面被撤回。我们也有堆栈效应，这意味着热空气上升，冷空气下降。我们有燃烧和通风:所有这些机械设备都有风扇。不管它们是电排热式热水器，还是火炉，甚至是烟囱。在过去，壁炉就像非常大的排气扇，因为每分钟有两千立方英尺的废气从烟囱排出，每分钟有两千立方英尺的空气从墙壁进入。这样就保证了整个建筑的空气流通。

今天我们有时使用电加热器或地源热泵，所以我们失去了烟囱曾经提供的排气扇。我们使用密封燃烧装置来改善室内空气质量，所以我们不再有废气了。剩下的就是——嗯，我们有抽油烟机，还有浴室里的放屁风扇，作为排气的方式。我们正在减少房屋中输送空气的机械设备的数量。所以我们会更详细地研究每一个。

风荷载:可预测的、自然的和可变的

我们在建筑规范中规定的最高风荷载实际上是相当高的。它们是相当大的数字。但平均而言，风压要低得多。平均压强大约是10帕斯卡;在低层建筑中，10帕斯卡会被认为是相当高的。5个更有可能。在高层建筑中，可能是40 50或60帕斯卡。250帕斯卡等于5磅。每平方英尺。)

如果你有一个平顶的建筑，很多屋顶实际上有一个负压力。空气通过屋顶被吸走，因为风的空气动力学经过前缘，造成了负压。在房子里，因为我们有一个倾斜的屋顶，它实际上在迎风面是正的——如果坡度大于3或4到12——而在背风面是负的。

当然，风是非常复杂的。它至少是三维的。风试图在建筑物周围流动，所以最高的压力在中间的最佳位置。当风穿过角落时，它会产生一些相当大的漩涡和负压。所以我们经常在这些地方看到与风有关的结构损坏，因为那里的吸力压力最大。

现在，如果我从平面上俯视一座建筑:正压导致空气在正面漏进，负压导致空气在背风面漏进，角落周围的吸入压力很大。这是我们在大多数风力条件下应该预料到的。

堆叠效果:缓慢，稳定，随高度增大

另一个影响空气流动的重要因素——我们的自然因素——是烟囱效应。“烟囱效应”这个短语来自烟囱过去的工作方式，基本上是这样的:建筑物在冬天产生的热空气比建筑物周围的冷空气轻。正因为如此，温暖的气泡想要上升并流出。在高层建筑中，这是一个相当大的问题。从建筑物顶部流出的气流将冷空气吸入建筑物底部。如果我们提供一个20或30层楼高的建筑，那就是一个地狱般的烟囱。

因此，堆栈效应产生的压力非常大。事实上，它是如此重要，以至于当摩天大楼在世纪之交开始发展时，人们不得不发明旋转门——因为你无法打开前门，因为堆叠效应的压力。冷空气以如此大的压力涌入，以至于很难推开出口的门。现在只有在寒冷的天气和高楼大厦里，你才会真正注意到它。不像大多数其他压力，它每天每时每刻都是冷的。那些在底部拖入的压力是非常重要的。所以空气从底部进入，上升，当然在它移动的过程中被加热，然后从顶部流出。

真正有趣的是，住在大楼下半部分的人所有的空气都漏进来了——他们能呼吸到所有的新鲜空气——而住在顶层公寓的人打嗝和放屁都被送到顶层套房。因此，付房租最多的人得到的室内空气质量最差。如果大楼下面有一个停车场，情况会变得更糟，这样所有汽车、卡车和其他空转车辆排放的废气都会被烟囱效应的压力吸走，送到大楼顶层的高租金客户那里。

如果你住的是老旧的建筑，因为它们没有空气屏障，所以实际上很漏水，那么当冷空气漏进来时，你最终会遇到一些严重的舒适问题。空气漏进来太多，公寓里很冷，所以人们打开恒温器，让更多的热空气进入大楼。当然，高层的人得到了所有的热空气，对吧?所以空气在较低的楼层被加热，然后到达顶层，顶层的人会说:“天啊，好热啊!”他们把恒温器调低了。但还是很热，所以他们打开窗户试着凉快一下。这当然增加了离开的空气，这当然增加了到达底层的空气，所以底层的人就会插入小加热器……你就像一个神奇的旋转木马，从底部吸入空气，加热空气，再从顶部吹出，电梯井里的气流非常大，你可以漂浮起来!你只要伸出你的手臂，你就会在冬天漂浮在很多这样的建筑里。

当然，这消耗了大量的能量。不管是高水平还是低水平，每个人都很生气，室内空气质量完全受到影响。这是正常情况。这还不是最坏的情况;这是高层住宅在寒冷天气的正常情况。在温暖的气候中，情况正好相反，但温差没有那么大。我的意思是，迈阿密的气温很少超过95华氏度。流动和反向并没有那么糟糕，但它已经糟糕到足以引起注意。南方顶楼酒店房间的乙烯基墙纸上凝结的水汽比底层多。所以有时这会在顶部造成更大的问题，因为它会从顶部吸走热空气，因为当空调打开时，它会产生自然的堆叠效应。

这里有一些数字:当外面很冷的时候，每层楼的高度是4帕斯卡。

天气热时:每层楼高约1.5帕斯卡。

人为的力量可以压倒自然的力量

这些都是自然力，由于温度和风的作用。由于建筑设计和操作产生的机械力可以完全压倒这一点，或者完全无关紧要，这取决于设计和操作，因为它们是人造的。所以如果我们把空气吹进大楼，我们给它加压。无处不在。所以压力会扩散到整个大楼。如果我有一个10帕斯卡的压力，它会扩散到整个建筑，所有的东西都会被加压。如果我负加压，建筑周围的所有地方都会负加压。

排风扇过于强大的最常见问题之一发生在拥有巨大的下吸式抽油烟机的高端住宅中。要有一个下吸式抽油烟机，你需要大量的气流，对吧?为了排出所有的蒸汽和炉子的气味，你需要一个巨大的气流把它带下来。所以它们的额定功率通常在1000 cfm以上——非常强大的风扇。你把它们打开，就会有像跑道上的波音飞机一样大的风，你必须让孩子们远离，否则他们会被吸到炉子上。如果你不为大量的废气提供补充空气，整个房子就会产生大量的负气，你开始吸入车库，你就会把被吸入的空气从热水器的排气口拉回来。它会把空气吸到壁炉里。人们已经死亡——每年都有人继续死亡——就是因为这样的事情。

有了强大的排气扇和没有补充空气，你开始通过你的建筑里的燃烧设备向后吸入。所以你必须控制这些机械系统这样你就不会得到危险的高负压。

他们不会死得那么频繁，但他们死得太频繁了，所以这很重要。