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自然通风条件下对室内污染物扩散的模拟

来源：花匠小妙招时间：2024-12-31 18:08

自然通风条件下对室内污染物扩散的模拟

【摘要】：自然通风条件下,通过开窗、开门实现住宅通风的方式,不仅有利于节约能源,还可更新室内空气。但是,这个过程也可能导致室外污染物侵入室内,或导致室内污染物在楼层间的交叉传播。特别在经历非典,禽流感等突发性空气传播疾病后,人们更加关注室内空气污染物对人体的影响。为了研究污染物扩散的机制和路径,比较不同建筑模式的自然通风效果及其对室内污染物扩散的影响,本论文建立了两个不同的建筑模型,其中A户型为单侧开门,B户型为双侧开门。采用结构化六面体网络划分计算区域,在开门处加密网格。A、B户型的网格数分别为150万和300万,采用计算流体力学方法(CFD),应用Fluent软件进行并行计算,并应用tecplot软件做后期处理。选取H=0m到H=55m高度的区域进行速度场分析,可以看到(图略),在两栋建筑之间的空旷区域形成了街谷环流。分析室内的速度场,A户型房间由于仅受单侧环流影响,完全依靠单侧的风压作用,室内速度均较小;B户型建筑受双侧风压影响,在低层、高层处形成了较强对流,室内速度场较大,而中层房间的速度较小。对自然通风效果的比较是通过比较换气次数ACH大小的。满足通风、节能要求的最佳ACH为1.5 h-1。(1)A户型房间的ACH值在1.5以下,通风效果较差;迎风面房间的通风效果略优于背风面房间;ACH值在中下层和高层达到较大值,在低层和中层达到较小值。(2)在双侧开门的条件下,不同楼层房间的通风量差别较大,有一半房间ACH值在1.5以下,另一半房间ACH在大于1且远大于1.5;ACH值在低层和高层达到较大值,在中层达到较小值。(3)比较A、B两种户型的ACH值:B户型的ACH值在低层和高层远远大于A户型,即通风效果好于A户型;在中层A、B户型房间ACH值均较小,但A户型房间略好于B户型。在不同楼层内放置污染源CO,选取第1层、第3层、第6层和第9层为代表,各个房间内污染物浓度与源浓度的百分比为浓度比,浓度比大于0.01%表示有感染风险。跟踪污染物浓度的扩散情况发现:(1)当污染源位于A户型背风面时,受街谷环流形势影响,污染源以上的房间易受感染,且与污染源越靠近的楼层浓度比越高,而迎风面楼层基本不受影响。(2)当污染源位于A户型迎风面时,污染源的下房间易受感染,与污染源越靠近的楼层浓度比越高;由于迎风面的下沉气流速度较大,背风面楼层也有感染风险。污染源所在楼层越低,背风面有感染风险的楼层越多,浓度比自下而上递减。(3)当污染源位于B户型低层时,由于低层对流明显,因此污染物扩散主要受到右侧背风面上升气流影响,在中层处背风面风压大于迎风面风压,因此中层房间有低浓度比;当污染源位于B户型中层时,此时污染物扩散主要受到左侧迎风面下沉气流影响,且下沉气流到达中下层时产生了回流作用,因此中低层房间有较高的感染风险;当污染源位于B户型高层时,由于是强对流楼层,污染物很好地扩散到街谷中,对其他楼层基本无影响。结论与展望:(1)理想自然来流条件下,低层和高层住宅采用双侧开门有利于加强通风效果。(2)污染物的扩散路径基本与街谷环流形势一致。(3)单侧开门建筑存在污染源时,其他楼层感染风险的大小和与污染源相距楼层数成负相关。污染源在迎风面一侧时受感染的楼层多于背风面。(4)双侧开门建筑存在污染源,扩散路径较单侧开门复杂,但受交叉感染房间数相对少。本研究所建立的建筑模型和污染物处理都是经过简化的,得到的模拟结果虽然与计算流体力学理论相符,但未经过实测数据的验证。下一步的工作可考虑对真实扩散场景进行模拟再现,并且用实测的数据对模拟结果的准确性进行验证。另外可将此数据转化为污染物的致死范围,为应急救援提供依据,并可以考虑进行门、窗的优化设计,减少出现污染源时的危害。