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建筑科学

了解空气变化率

这不仅仅是房间里进出的空气量

能量回收通风机(ERV)可以清除室内的污浊空气,并将室外空气引入室内

让我们谈谈我(和大卫·伯恩)最喜欢的话题之一:空气。由于全球COVID-19大流行和传播它的新型冠状病毒(SARS-COV-2),室内空气质量(IAQ)社区——研究人员、调解人、制造商、博主和粉丝——正在经历一个时刻。这一定是历史上第一次,室内空气质量研究人员在电视上花了这么多时间,并被如此频繁地引用在新闻文章中。他们的推特也掀起了风暴。这让我想到了室内空气质量研究人员的推特达斯汀Poppendieck这也是本文的动力所在:

这条推文是他本周早些时候发布的四条短帖子中的一条。他的观点是,计算出的空气换气率是基于你往房间里输入多少“新”空气,但这并不意味着你从房子里移走了等量的“旧”空气。不同之处在于混合。一些被移走的空气将是你刚刚进入房间的空气,新空气与旧空气的比例取决于发生的混合量。这让我开始思考……

Poppendieck说的很重要,但他只是触及了这个话题的表面。他的推特指的是一个房间,但更大的区域,比如一个区域或一整栋建筑呢?我们说的是什么样的空气?空气通过加热和冷却系统再循环?空气通过建筑围护结构渗入和排出?通风空气吗?关于混合我们需要知道什么?

混合在一起

Poppendieck的观点是,如果你的房间充满了一定浓度的污染物,你可能无法通过增加新空气来去除等量的旧空气。因此,你并没有去除你想象中那么多的污染物。在他的推特中,Poppendieck提出了一种最坏的情况,在这种情况下,你会得到大量的混合,这意味着旧空气污染物的去除更少。他举了一个例子,以每小时换气6次(ACH)的速度引入新空气。他说,按照这个速度,要清除95%的旧空气,可能需要“多达0.5小时”,而不是在1/6小时(10分钟)内换掉房间里的所有空气。所以,混合意味着,在这种情况下,要换掉大部分的空气,需要大约三倍的时间。

但如果你几乎没有混合呢?在换气速率为6 ACH的情况下,你可以在大约10分钟内去除大部分旧空气。这是怎么发生的?把空气慢慢地吸进来,把房间的入口和出口分开。ASHRAE的基础手册有一个很好的章节都是关于通风和渗透的,他们把这种类型的空气运动称为“置换流”。(见下图,摘自ASHRAE基础手册第16章。)

在混合谱的另一端是夹带流。下面的图表,同样来自ASHRAE的基础手册,展示了它的样子。

如果你在暖通空调行业工作,你可能对“夹带”这个词很熟悉。ACCA关于空气分配的手册T在讨论房间内空气的混合时使用了这个词。房间里的旧空气被诱导或带进,与新空气一起流动。结果是房间里的新空气和旧空气都混在一起了。当你有风扇或人们走进房间时,空气会变得更加混合。

ACCA手册送风与二次风在房间内混合的T图

如果你的重点是清除房间里的污染物,最好在离开之前假设新空气和旧空气至少在一定程度上混合在一起。

你哪来的空气?

虽然他没有提到,但我相信Poppendieck说的是来自室外的新鲜空气。但是空气可以通过不同的方式进入房间。我们中的许多人住在有强制空气加热和冷却系统的家里,使空气在整个家里循环。如果你有一个与这样的系统相结合的良好过滤,那也会有帮助。我曾经写过很多关于使用MERV-13或更高的过滤器的文章,它们可以显著减少室内空气中的污染物。纤维介质空气过滤器不会去除气相中的污染物,但它们可以捕获颗粒物,包括携带冠状病毒的飞沫和气溶胶。

还有从室外或缓冲空间(如车库、爬行空间和阁楼)渗透进房子的空气。与一些人仍然相信的相反,房子不需要呼吸。呼吸死负鼠从爬行空间或从阁楼上的死松鼠吸入的空气不如直接呼吸室外空气。最好的办法是尽可能多地将室内空气密封起来,并依靠其他方法来改善室内空气质量。

爬行空间中死负鼠附近断开的返回管道。图片由E3 INNOVATE提供。

机械全屋通风系统通过将室外空气引入室内,有助于改善室内空气质量。如果冠状病毒是你唯一担心的污染物,那么所有的室外空气都是好空气。但你应该关注的不仅仅是这一种污染物。在大多数家庭中,大部分对健康危害最大的小颗粒(PM2.5)来自户外。在野火期间,室外空气中有大量的微粒,所以良好的过滤必须是室内空气质量策略的一部分。此外,在某些地区,你可能需要定期关注你的室外空气质量,并挑选最佳时间引入室外空气。

房间,区域,建筑物

最后一个问题是规模。Poppendieck的推特关注的是一个房间,这是一个合适的隔离室或一个房间,你可能会把其他人带进你的房子一段时间。但你家里所有的空气都是相连的,这是有帮助的。例如,如果你在隔离室或娱乐室设置了一个排风机或能量或热回收通风设备(ERV或HRV)的排风口,而你的室外空气被供应到房子的另一部分,你就接近置换流了。这意味着你将去除含有大量原始污染物的相对未混合的空气。

穿过建筑物的空气流动是一个复杂的课题。如果你是一个研究者,深入研究并理解复杂性是很重要的。如果你是房主、教师或建筑监理,最重要的是寻找增加通风不良空间的通风量的方法,用MERV-13或更高的过滤器清洁空气,并阻止从车库、爬行空间、阁楼或其他空气质量比室内更差的地方渗入。你也可以使用便携式空气清洁器,比如Comparetto多维数据集,以帮助清除房间内的污染物。

大卫·伯恩和Talking Heads乐队走在了时代的前面,他们说:

空气也会伤害你
空气也会伤害你
有些人说不要担心空气
有些人从未有过……
空气……

所以,请注意。你们有些人差一点就错过了!

_________________________________________________________________________

allison贝尔斯他是乔治亚州亚特兰大市的演说家、作家、建筑科学顾问,也是能源先锋的创始人。他也是能源先锋博客.你可以在推特上关注他@EnergyVanguard

4评论

  1. 专家成员
    阿曼德科博||# 1

    几十年前在小学的时候我做了一个化学实验来理解液体错觉现在想起来我脑子都疼了!我在一个大碗里倒了一杯咖啡(哥伦比亚咖啡),又倒了几杯水,直到水几乎又变清了。我确实记得,在我喝了很多杯水之后,在我的碗里没地方喝之前,我从来没有百分百地洗干净。因为空气是一种液体,要去除100%的旧空气需要很长很长很长的时间…该死,我应该在小学的时候就拿到博士学位。

  2. Jon_R||#2

    >是一种最坏的情况,你会得到很多混合
    慢慢地让空气进入,让房间的入口和出口完全分开

    后者可能会产生更糟糕的情况——没有混合,从供应到返回都出现短路。考虑图3中的冷送风,并修改为右下方的回风。上层空气(理论上)可以不被稀释,因为新鲜空气在地板上形成了短路。或者考虑目前的图纸,非常缓慢的供气是温暖的,并直接上升到左边的墙,跳过大部分房间。

    这不是理论上的——当大型hvac管道/注册器用于低CFM新风或除湿流量时,就会发生这种情况。空气滴出(不是抛出),然后上升或下降——分层到可能没有好处的地方。

    也许最好的设计是“在所有条件下良好的投掷/混合”?

  3. carsonb||# 3

    如果我没有理解错的话,最好的设计基本上是把房子变成一个风洞,在相反的两端有一个单一的返回/供应?如何在封闭的房间和需要供应卧室和排气浴室的用品/退货随机分散的情况下实际应用?甚至在一个房间内,图3中的虚线是如何实现的?巨大的墙体长度记录在对面墙体的顶部和底部?

  4. 专家成员
    KOHTA上野||# 4

    我很确定图3是一个假设/教学示例,而不是一个“这是您应该在房间或房子中构建的东西”的示例。具体来说,这是ASHRAE应用手册第19章,清洁空间的图表。右边的房间显示了这种单向气流,用一个全天花板的网格或送风扩散器,创造了均匀的单向气流。相比之下,左边的房间有正常的扩散器,而且不是单向流动——有更多的漩涡/混合。结论:可能不值得追求单向流动,除非你想建立一个干净的房间。

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