示踪气体浓度衰减法在民用建筑自然通风研究中的应用

摘要：用示踪气体浓度衰减法对某会议室的自然通风作了实测研究，分析了影响换气次数的各种因素、示踪气体浓度衰减法的有效性及其正确应用。揭示出不同的房间布置及不同的门窗开启情况对换气次数有很大影响，而示踪气体浓度衰减法是对此进行实验研究的有效手段。


AbstractPresents some equations describing tracer gas concentration decay as a base for the experiment, analyses various factors influencing air changes in the room, effectiveness of the technique and its proper implementation, and concludes that the room layout and open-and-shut state of windows and doors in the space measured have a major effect on air changes.
Keywordstracer gas, concentration decay, natural ventilation, air change rate
1 引言
　 　 由于空调的能耗和室内外环境问题，利用自然通风改善室内环境越来越受到人们的重视。利用自然通风可以提高室内空气的新鲜度，而且经过合理组织，可以充分利 用温度较低时的室外空气对房间进行自然冷却，减少建筑的冷负荷以达到节能的目的。特别是在某些昼夜温差较大的北方地区，充分利用自然通风的冷却效果就有可 能满足人们对环境舒适性的基本要求。因而研究自然通风与建筑结构的关系对指导民用建筑设计使其符合可持续发展战略有重要意义。
　 　 早在50～60年代，我国已有学者对自然通风进行了初步的研究，但随着技术的发展，空调设备的普遍应用，自然通风由于其控制困难越来越受到人们的忽视，仅 仅作为空调的一种补充。近年来随着空调应用中各种问题的出现，特别是21世纪社会与地球的可持续发展战略的提出，自然通风的研究又受到人们的重视。由于自 然通风情况下风速较小、流向变化不定、通路多，很难用一般测量仪器准确测定。另一方面，研究自然通风的目的是了解室内外空气交换情况，这也不能仅仅通过测 定风速得到解决。国外广泛应用的实验研究方法是示踪气体技术，而我国还没有人进行过这项技术的研究，因而对示踪气体实验方法的探索对于自然通风的研究是非 常有意义的。
2 示踪气体浓度衰减法的基本原理
　 　 利用示踪气体研究建筑物空气渗透透与通风特性在国外已有大约40a的历史[1]，并且发展了各种不同的测量方法[2,3]，而我国在这一领域的研究成果还 未见报道。示踪气体应具有的特性包括可测性、稳定性（一般情况下不与空气及其他物质发生物理或化学反应）、无毒性及在自然环境空气中含量较少[1]。对于 不同的研究目的，示踪气体浓度衰减法是一种研究单一建筑物渗透通风特性的常用方法[4]。
　　 示踪气体测量方法都基于示踪气体质量守恒方程。取定一个控制体，假设周围环境中示踪气体含量为零，并且在控制体内示踪气体与空气迅速而完全混合，控制体内示踪气体浓度可以用单一值代表，则控制体内示踪气体质量守恒方程来[1]：
　　　　　　　　　（1）
　　 式中：V--控制体体积；
C--示踪气体质量浓度；
t--时间；
F--示踪气体质量释放率；
q--空气流出控制体的体积流量。
　　 示踪气体浓度衰减法是在被研究空间释放一定量的示踪气体，然后在整个实验过程中不再释放，即F（t）=0，则方程（1）可简化为
　　　　　　　　　　　　（2）
　　其解为
　　　　　　　　　（3）
　　式中C0为初始时刻示踪气体浓度，当q(t)=const时，
　　　　　　　　　　　　（4）
　　 上述表明在空气交换量恒定的条件下，示踪气体浓度应按指数曲线衰减，指数值与换气量成正比。示踪气体浓度衰减法基于以上方程式进行实验设计及数据整理。
3 实验方法
　　 综合多方因素考虑，选择甲烷（CH4）为示踪气体。甲烷常温下比较稳定，无色无毒，并且相对分子质量①较小，易于扩散与空气混合均匀。当体积分数②在5%和15%之间时，甲烷具有爆炸性，因而控制体积分数在0和100×10-6之间，可以保证实验的安全性。

　 　 选择08-b型红外线气体分析仪为测量仪器