关于通风系统室外进排风口最小距离的探讨

曹益坚 高克文 余俊祥 吴美娴

浙江大学建筑设计研究院有限公司

通风系统室外进、排风口的距离应保证经排风口排出的高温或受污染的废气不会回流至空调通风系统的室外进风口或新风口。显然，尽可能地加大进、排风口的距离有利于将排风口对送风口的不良影响降至最低，但是实际工程中由于建筑条件所限，不可能无限制地加大两者间的距离，因此确定通风系统的进、排风口的最小距离就具有重要的实际指导意义。有鉴于此，本文通过对比分析我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》与美国ASHRAE 62.1 设计标准的相关条文及说明，结合空气污染防治领域的相关要求与规定，探讨确定通风系统进排风口最小距离的几个关键性问题，以期对我国设计规范的后续修订以及同类项目的设计提供参考。

1 中美规范对比

我国的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）第6.3.1 条2 款规定“应避免进风、排风短路”，其条文说明中这样解释：“为了防止排风（特别是散发有害物质的排风）对进风的污染，进、排风口的相对位置应遵循避免短路的原则：进风口宜低于排风口3 m 以上，当进、排风口在同一高度时，宜在不同方向设置，且水平距离一般不宜小于10 m。用于改善室内舒适度的通风系统可根据排风中污染物的特征、浓度，通过计算适当减少排风口与新风口的距离。”[1]诸如生物安全实验室排风、化学实验室排风等均属于散发有害物质的排风，因此应远离送风口至少10 m 以上，但是在一般民用工程设计过程中，还需要更多地处理改善室内舒适度的通风系统进排风口的距离问题，虽然规范中提出可适当地减少，但是如何科学合理地确定减小后的进排风口距离，规范中却没有给出明确的计算方法和准则。

ASHRAE62.1-2016 的5.5.1 条款规定“室外取风口（包括自然通风系统的取风口）与室外特定潜在污染源保持的最小距离应满足表5.5.1 或附录B 的计算方法”[2]，规范中的表5.5.1 如表1 所示：

表1 距取风口最小距离

附录B 给出了确定室外进风口与排风口距离的计算分析过程。

式中：Q 为排放量，L/S；U 为出流速度，m/s；DF 为稀释倍数，无量纲。

式（1）源自ASHRAE 手册有关最小稀释倍数的公式：

式中：D0为初始射流稀释倍数；DS为距离L 时稀释倍数；C1为常数1.7；β1为常数0.25；UH为平均风速，按2.5 m/s 计。

将式（2）、（3）以及（4）整理即可得到式（1）。

出流速度需要根据排风方向做如下修正（图1）：以排风口的最近点与进风口的边缘做基准线，当排风口的排风方向与基线所成的角度大于45°时，U 值为正。当排风方向在两条基准线之间时，U 值为负。其他情况，U 值均设为0。此外，直接向上排放的高温气体无风帽或百叶遮挡时，对U 值附加2.5 m/s。管道通气口、带有风帽或其他措施的排风以及无动力排风等，U值均设为0。以上的速度修正不难理解，当排风方向对着室外取风口时，U 值为负，L 增大，此时排风中的污染物易对室外进风造成影响，那么进排风口的最小距离相应增大，反之亦然。

图1 排风速度修正示意

显然，美国ASHRAE 62.1 对进排风口的最小距离要求规定相对来说更为详细，并且分别给出了简易的选用准则以及计算方法，便于使用者根据实际工程情况进行选择，在学习ASHRAE 规范的过程中，笔者发现有几个关键性的概念值得探讨和借鉴，接下来将进行更为详细的说明。

2 几个关键性概念的探讨

2.1 空气质量分级

在表1 中出现了Class 2 空气、Class 3 空气、Class 4 空气等概念，这是ASHRAE 62.1 基于相对污染浓度对空气质量进行了分级。

Class 1：轻度污染、轻度感官刺激、非刺激性气味的空气。

Class 2：中度污染、中度感官刺激、轻微刺激性气味的空气。

Class 3：重度污染、重度感官刺激、重度刺激性气味的空气。

Class 4：含有有害烟气或含有高浓度危险颗粒、生物气溶胶的空气。

空气质量分级不仅仅是对确定室外送、排风口的隔离距离具有重要作用，同时也决定了建筑空间内是否可以使用回风。目前，我国针对室外大气空气质量有严谨的质量分级，以空气质量指数（Air Quality Index，以下简称AQI）作为空气质量管理和信息发布的主要形式[3]。我国的《室内空气质量标准》（GB18883-2002）对室内空气与人体健康相关的物理，化学，生物和放射性参数的标准值进行了相关规定[4]，但是对于建筑场所内的空气质量分级却没有相关的具体规定。

显然，对所有场所进行空气质量检测进而进行空气质量分级并不实际，但我国的设计标准也可参照ASHRAE 62.1，根据项目特点以及使用场所的一般环境要求，对建筑工程中常见的使用环境进行空气质量等级的划分，这对后续进排风最小距离的确定乃至其他与室内空气质量相关条文的修订均有重要意义。

表2 是ASHRAE 62.1 中提到的一些典型场所的空气质量等级。

表2 一般使用场所的空气质量等级

2.2 稀释倍数

在式（1）中，出现了稀释倍数（DF）这一参数，并且这个参数对于确定室外进排风口的最小距离具有关键性的意义。由式（1）可知，当排风量与排风速度确定时，进排风口的最小距离与稀释倍数呈正比关系，稀释的倍数越大则进排风口所需的最小距离则越大，反之亦然。

对于由多种质量等级气体混合而成的排风，其稀释倍数根据各种气体体积组分求平均：

与稀释倍数相关的主要因素有：排放气体中的有毒物质成分或有刺激性气味的物质成分。排放物质成分的健康阈值和气味阈值。排放物质成分初始浓度。

而其中物质成分的健康阈值可参考《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）、《环境空气质量标准》（GB3095-2012）等相关标准，气味阈值则可根据《Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method》等相关指南确定。

ASHRAE 62.1 仅规定了Class 3 和Class 4 质量等级空气的最小稀释倍数，如表3 所示：

表3 最小稀释倍数

因式（1）在使用过程中需要根据具体的工程情况代入排风量以及排风速度，因此只要确定与排风空气质量等级对应的稀释倍数即可确定室外进排风口的最小距离，ASHRAE 62.1 规范中未见Class 1 和Class 2 等空气质量较高的排风的稀释倍数，而Class 2 等级中的卫生间等地点为民用工程中的常见的排风场所，在设计中遇到的可能性相对较高，因此，有必要对其稀释倍数进行更为详细的分析与计算。

3 稀释倍数优化分析

ASHRAE 62.1 将卫生间排风划分为Class 2 空气质量等级，虽然这些排风没有危害，但其臭味让人反感，特别是当这些排风重新通过新风取风口进入功能使用区会直接影响服务对象的正常使用。

卫生间排风中的异味主要来自于人类排泄物中的硫化氢（H2S），甲硫醇（CH4S）以及二甲基硫醚（C2H6S）。

以上各物质的浓度上限可通过嗅觉阈值表示，嗅觉阈值是通过人的感觉检测得到的，包括感觉阈值和识别阈值，嗅觉阈值越低则该物质越容易被人察觉，一般我国通常采用三点比较式臭袋法进行恶臭的嗅觉阈值测定，这也是日本及东南亚其他国家的主要测定方法。目前，我国通常引用日本的嗅阈值作为我国恶臭物质嗅阈值的参考，近年来，国内有研究针对40 种常见物质的嗅阈值（体积分数）进行了测定，得到了我国的恶臭物质嗅阈值库[5]，如表4 所示，该表对比分析了我国测定值与日本测定值，显然，除甲硫醇与日本参考值相近外，卫生间排气中的硫化氢与二甲基硫醚的国内外测定值有较大差异。在卫生间排风各组分物质浓度明确的条件下，可通过物质浓度与嗅觉阈值计算得出阈稀释倍数。用公式表示为：阈稀释倍数=该成分的物质浓度/该成分的嗅阈值浓度。

表4 典型恶臭物质嗅阈值测定结果

恶臭混合气体中，恶臭物质的阈稀释倍数越高，该物质在臭气中的贡献越大，产生的恶臭影响越大。即产生臭气的主要污染物质不是物质浓度最高的恶臭物质，而是阈稀释倍数最高的恶臭物质[6]。因此在恶臭污染防治中，选择有效地去除阈稀释倍数越高的恶臭物质是一种重要的治理手段。有研究者认为卫生间的排风异味主要由于甲硫醇[7]，而国内外甲硫醇的嗅阈值基本一致，本文基于此进行如下的讨论分析：

文献[7]中表明成人平均一天排放的排泄异味气体约为100 ml，而其中甲硫醇的平均浓度约为5 ppmv，以单个厕所蹲位作为计算对象，单个厕所蹲位一般体积在2～3 m3（按3 m3计），考虑安全裕量，单个厕所蹲位按照每天服务于3～5 成人（按4 人计）计算，排放异味气体约为400 ml，甲硫醇的阈稀释倍数为5ppmv/0.00007ppmv=71428。

阈稀释倍数与我们所求的稀释倍数有着直接关系，基于房间体积恶臭气体已被稀释，阈稀释倍数与基于房间体积的稀释倍数之比即为排风所需的稀释倍数。

基于房间体积的稀释倍数为3/(400×10-6)=7500，所以，排风所需的稀释倍数71428/7500=9.52，可圆整为10。

Class 1 等级的空气质量最高，仅考虑空气污染程度的话，稀释倍数设置为5 即可满足要求，因篇幅有限，此处不再做详细的理论分析。

根据上述分析可得优化后稀释倍数，具体如表5所示：

表5 稀释倍数优化值

4 结论

室外进排风口的最小距离关系着室内环境送风的空气质量，实际工程设计中往往忽视不同环境排风的污染程度而对进排风口的距离采用统一的标准。事实上，从预防空气污染的角度，当室内环境空气质量较高时，如办公室、卫生间这类用房的排风口可适当放宽与新风口的距离，而当室内环境排风污染较为严重时，如厨房油烟、化学实验室排风等，可适当加大进排风口的距离。为科学合理地确定不同场所，不同排风量及污染浓度的排风工况下进排风口的距离，有必要对常见场所的空气质量等级进行划分，并且明确常见场所的排风稀释倍数，便于设计人员有针对性地对不同情况下的进排风口进行有效计算。