利用溫室大棚通風(fēng)系統(tǒng)改善住宅內(nèi)部空氣環(huán)境可行性研究

彭振,王學(xué)勇,鄧武,洪遠(yuǎn)達(dá),班淇超

利用溫室大棚通風(fēng)系統(tǒng)改善住宅內(nèi)部空氣環(huán)境可行性研究

彭振1,2,王學(xué)勇3*,鄧武2,4,洪遠(yuǎn)達(dá)4,班淇超1

1. 青島理工大學(xué) 建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院, 山東 青島 266033 2. 寧波諾丁漢大學(xué)可持續(xù)建筑環(huán)境研究中心, 浙江 寧波 315100 3. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院, 山東 泰安 271018 4. 寧波諾丁漢大學(xué) 工程學(xué)院建筑及建筑環(huán)境系, 浙江 寧波 315100

本文結(jié)合綠色建筑理念，以溫室大棚室內(nèi)部環(huán)境為基礎(chǔ)，提出將住宅的通風(fēng)取暖與溫室大棚相結(jié)合，來(lái)提高住宅內(nèi)部的熱舒適性和空氣質(zhì)量。該研究主要選取定量研究的方法，首先對(duì)溫室大棚和住宅內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括了溫度、濕度和PM濃度。同時(shí)對(duì)室外的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在對(duì)比分析內(nèi)外指標(biāo)關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用熱工模擬對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果可以判定，利用溫室大棚內(nèi)部空氣對(duì)住宅進(jìn)行通風(fēng)取暖是可行的，能夠大大提高住宅內(nèi)部的熱舒適性。同時(shí)，農(nóng)村住宅的節(jié)能改造和氣密性的提高對(duì)利用溫室大棚通風(fēng)取暖是非常必要的。

溫室大棚; 農(nóng)村住宅; 熱舒適性; 空氣質(zhì)量; 顆粒污染物

2017年，十九大報(bào)告明確提出實(shí)施“健康中國(guó)”戰(zhàn)略，切實(shí)推進(jìn)我國(guó)健康事業(yè)的發(fā)展。健康事業(yè)與人居環(huán)境密切相關(guān)，人類超過(guò)80%的時(shí)間是在室內(nèi)環(huán)境中度過(guò)[1]，因此建筑的室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性等健康性能直接影響著人的身心健康。當(dāng)前，影響室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性的因素主要有室外大氣污染、通風(fēng)及供暖制冷的方式。

近些年，空氣污染已經(jīng)成為我國(guó)最嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題之一[2]。主要的空氣污染物是可吸入顆粒物PMs-PM2.5和PM10[3]。PM2.5表示直徑在2.5 μm及以下的顆粒物；PM10表示直徑在10 μm及以下的顆粒物。這些細(xì)顆粒物粒徑小，面積大，易吸附有害有毒物質(zhì)，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中的含量濃度越高，空氣污染越嚴(yán)重。近幾年，全國(guó)大部分省份的平均PM濃度均超出國(guó)家GB3095-2012《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的一級(jí)和二級(jí)濃度限值[4]。

大氣污染隨之帶來(lái)的后果就是室內(nèi)空氣污染。研究表明，中國(guó)有60%的人生活在室內(nèi)空氣質(zhì)量比較差的環(huán)境中[5]，且室內(nèi)主要的污染物為PM2.5和PM10[6]。在氣密性等級(jí)較低的建筑中，室外的空氣污染物可以通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中存在的縫隙滲透到室內(nèi)，從而降低室內(nèi)的空氣質(zhì)量[7]。現(xiàn)有研究顯示，建筑氣密性的提高對(duì)降低室外污染物的滲透具有明顯的作用[8]。但提高建筑氣密性的同時(shí)會(huì)減少進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)量，不能滿足室內(nèi)的通風(fēng)要求。尤其是室內(nèi)CO2濃度會(huì)因?yàn)闅饷苄缘奶岣叨?。所以在提高建筑氣密性的同時(shí)，建筑的通風(fēng)方式需要重新設(shè)計(jì)。

除了室內(nèi)空氣質(zhì)量，室內(nèi)熱舒適性是室內(nèi)環(huán)境的另一個(gè)重要方面。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的更新，我國(guó)建筑室內(nèi)熱舒適性得到了提高。但是，研究表明室內(nèi)熱舒適性問(wèn)題仍然存在于很多建筑中[9]。

從能源消耗的角度，建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量及室內(nèi)熱舒適性與建筑能源消耗具有密切的關(guān)系。在我國(guó)，建筑供暖能源消耗占建筑總能源消耗的40%左右，制冷能源消耗占總能源消耗的20%左右[10]。近些年由于空氣污染，空氣凈化器的使用導(dǎo)致了建筑能源消耗的進(jìn)一步增加。以北京為例，假設(shè)2018年，72.8%的北京家庭安裝了空氣凈化器，則導(dǎo)致的電力消耗增加值在2~4億kW·h之間[11]。

目前北方寒冷地區(qū)農(nóng)村住宅多采用混合模式供暖，比如燃煤采暖、燃?xì)獠膳?、電采暖等。研究表明農(nóng)村住宅的保溫隔熱性能和室內(nèi)熱舒適性比較差，采暖效率不高，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染[12]。

針對(duì)室內(nèi)空氣污染，人們普遍采用空氣凈化器來(lái)清潔空氣。但是研究表明，有些空氣凈化器并不能有效的清潔空氣[13]。另一方面，空氣凈化器消耗電力，對(duì)以煤炭為主要能源的我國(guó)來(lái)說(shuō)，直接導(dǎo)致了煤炭消耗的增加，間接加劇了空氣污染物的排放，形成惡性循環(huán)。而且在一些人員密集的場(chǎng)所，CO2容易聚集，從而濃度升高，空氣質(zhì)量下降，單靠空氣凈化器只能過(guò)濾掉部分污染物，無(wú)法稀釋CO2的濃度。所以空氣凈化器并不是有效解決室內(nèi)空氣污染的辦法。

針對(duì)供暖制冷的方式和室內(nèi)熱舒適性的問(wèn)題，目前并沒(méi)有有效的手段去替代現(xiàn)有的系統(tǒng)。而且，大部分建筑的供暖制冷和通風(fēng)系統(tǒng)均為獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法同時(shí)解決室內(nèi)熱舒適性問(wèn)題和空氣質(zhì)量問(wèn)題。植物作為一種不需要消耗能源的“空氣凈化器”已經(jīng)被廣泛驗(yàn)證[14]。近些年，一些研究將植物和溫室效應(yīng)結(jié)合使用，同時(shí)來(lái)改善建筑室內(nèi)的空氣質(zhì)量和降低建筑能源消耗。比如，加拿大圭爾夫大學(xué)在主教學(xué)樓的中庭建造了一個(gè)4層樓高的植物墻，每分鐘可以處理1133 m3的空氣，同時(shí)利用溫室作用，降低教學(xué)樓的能源消耗[15]。悉尼科技大學(xué)的研究人員則設(shè)計(jì)了會(huì)呼吸的植物墻來(lái)凈化空氣中的PMs，10 m2的植物墻可以處理1623.4 m3的空氣[16]。

國(guó)內(nèi)的研究多專注于植物凈化空氣。比如周杰良等發(fā)現(xiàn)虎尾蘭等7種盆栽植物可以有效的去除空氣中的PMs[17]。李瑞雪等發(fā)現(xiàn)大葉黃楊對(duì)空氣的PMs具有很好的清除能力[18]。然而，這些研究只針對(duì)植物凈化空氣本身，植物和溫室效應(yīng)并未結(jié)合在一起用來(lái)提高建筑室內(nèi)的空氣質(zhì)量和熱舒適性。

所以本文以鄉(xiāng)村住宅為研究對(duì)象，力求在鄉(xiāng)村住宅的現(xiàn)實(shí)背景條件下，利用溫室大棚建立一個(gè)集成通風(fēng)系統(tǒng)，以提高冬季鄉(xiāng)村住宅室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性。

1 研究?jī)?nèi)容

種植大棚是一種廣泛采用的蔬菜、瓜果和花卉的培養(yǎng)形式。在鄉(xiāng)村地區(qū)普遍存在。溫室大棚采用吸熱保溫的原理，一方面大棚的材料可以采光吸熱，另一方面也有保持溫度的作用，防止熱量損失。目前比較完善的溫室大棚具備供排水系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、輔助照明系統(tǒng)和濕度控制系統(tǒng)等。所以，此類溫室大棚一般具有恒定的溫濕度。同時(shí)，大部分溫室大棚是一體成型，不存在拼接的情況，氣密性較好，內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定，少有人員活動(dòng)，加之室內(nèi)植物數(shù)量較多，具備清潔的內(nèi)部空氣條件。

鄉(xiāng)村地區(qū)的住宅多以一層的磚瓦平房為主，磚混結(jié)構(gòu)，通常外墻不具有保溫層，墻體以240和370墻為主、外窗及門(mén)多采用單層木門(mén)窗或鋁合金門(mén)窗，加之粗糙的施工質(zhì)量，所以住宅的整體保溫隔熱性能較差。但鄉(xiāng)村住宅通常人員密度較低，一戶三到五人，住宅功能劃分簡(jiǎn)單明確，多為獨(dú)門(mén)獨(dú)戶，所以整體上對(duì)冷熱負(fù)荷及新風(fēng)量的需求較小，且較容易做到合理控制?；谝陨蠈?duì)鄉(xiāng)村住宅和溫室大棚的分析，提出假設(shè)，利用溫室大棚內(nèi)部空氣來(lái)為鄉(xiāng)村住宅提供供暖和新風(fēng)需求，提高鄉(xiāng)村住宅的熱舒適性和空氣質(zhì)量，同時(shí)對(duì)本研究的經(jīng)濟(jì)價(jià)值做出評(píng)估。

2 研究方法

本項(xiàng)研究選取位于寒冷地區(qū)的一戶草莓種植大棚及種植戶的住宅為研究對(duì)象（圖1）。采取定量研究的方法，主要采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、軟件模擬對(duì)現(xiàn)狀和假設(shè)進(jìn)行判定。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分別針對(duì)溫室大棚和住宅內(nèi)部的熱舒適環(huán)境和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。軟件模擬主要對(duì)假設(shè)模型進(jìn)行模擬分析，對(duì)提出的解決方案進(jìn)行判定?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的指標(biāo)包括溫度、濕度和主要室內(nèi)污染物PM的濃度。由于設(shè)備受限和住宅內(nèi)部人員相對(duì)較少，所以CO2及其他污染物不在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)。

圖 1 區(qū)位圖及住宅平面圖

2.1 定量研究：內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)

草莓大棚長(zhǎng)約100 m，寬度為20 m，平均高度為3.5 m。草莓大棚不存在人為送風(fēng)，內(nèi)部人員活動(dòng)較少，晚上草莓大棚則被保溫棉覆蓋，輔助照明打開(kāi)，在保證夜間溫度不會(huì)太低的同時(shí)促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用，維持生長(zhǎng)。

住宅緊鄰溫室大棚（圖1），為一層磚瓦平房，房齡12年，居住人數(shù)為4人。采用客廳燃煤取暖，外墻為240墻體，未貼保溫層，門(mén)窗采用鋁合金單層門(mén)窗。房屋整體保溫隔熱性能比較差。其平面布置見(jiàn)圖2。建筑面積為78.26 m2，北向臥室面積為7.82 m2，南向臥室7.81 m2，客廳39.70 m2，主臥12.05 m2。

為了驗(yàn)證前期假設(shè)，首先要對(duì)草莓大棚內(nèi)部及其周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)周期為24 h，在大棚內(nèi)部設(shè)置溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處，PM濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處。同時(shí)對(duì)住宅內(nèi)部的熱舒適性和空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在住宅室內(nèi)設(shè)置PM濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處。由于設(shè)備數(shù)量限制，溫室大棚的監(jiān)測(cè)和住宅的監(jiān)測(cè)分兩天進(jìn)行。每次監(jiān)測(cè)時(shí)都對(duì)室外溫濕度和PM濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自于國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范。表1總結(jié)了溫度、濕度和PMs對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。

表1 溫濕度及PM評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 定量研究：假設(shè)模型建立及軟件模擬

本項(xiàng)目選取IESVE進(jìn)行模擬分析。IESVE是英國(guó)IES公司開(kāi)發(fā)的集成化建筑模擬軟件。被英國(guó)特許建筑服務(wù)工程學(xué)會(huì)（CIBSE）和美國(guó)制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)(ASHRAE)認(rèn)可[19]。熱工模擬分為兩個(gè)工況，工況1以實(shí)際構(gòu)造參數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行模擬分析。工況2以住宅建筑進(jìn)行節(jié)能改造后的構(gòu)造參數(shù)進(jìn)行模擬分析。表2總結(jié)了部分模擬參數(shù)。工況2中，建筑構(gòu)造增加了保溫層，使得傳熱系數(shù)滿足了當(dāng)?shù)鼐幼〗ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的限值。室內(nèi)送風(fēng)量和室內(nèi)熱得根據(jù)CIBSE Guide A和ASHRAE的推薦值，最終賦值為500 W和10 /L每人每秒。根據(jù)GB/T7107-2008《建筑外窗氣密性分級(jí)及其檢測(cè)方法》推薦的氣密性分級(jí)所對(duì)應(yīng)的滲透風(fēng)換氣量，對(duì)工況1~2的滲透風(fēng)換氣次數(shù)分別賦值1.5次/h和0.5次/h。溫濕度輸入數(shù)據(jù)來(lái)自于溫室大棚的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。需要指出的是，目前無(wú)法模擬PMs的濃度變化，所以住宅室內(nèi)的PM濃度變化可在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)估。

表2 節(jié)能改造措施及建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 溫室大棚及外部環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3為溫室大棚及其當(dāng)日外部環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果?？梢钥闯?，溫室大棚內(nèi)的PM2.5和PM10的平均濃度分別為33 μg/m3和40 μg/m3。而對(duì)應(yīng)的室外PM2.5和PM10的平均濃度為131 μg/m3和147 μg/m3。大棚內(nèi)部的PM濃度值均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的一級(jí)濃度限值。同時(shí)，室內(nèi)PM濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室外PM濃度。溫室大棚內(nèi)的平均溫度和濕度分別為19.4 ℃和54.8%，均處于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而室外的平均溫度、濕度分別為12.5 ℃和39.8%。大棚內(nèi)部的溫度、濕度均高于外部的溫度和濕度。

表3 溫室大棚及外部環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2 溫室大棚及外部環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

表4為住宅室內(nèi)及其當(dāng)日外部環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果?？梢钥闯?，住宅室內(nèi)的PM2.5和PM10的平均濃度分別為130 μg/m3和146 μg/m3。而對(duì)應(yīng)的室外PM濃度分別為153 μg/m3和184 μg/m3。可以看出，室內(nèi)外的PM濃度值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的限值。住宅室內(nèi)的平均溫度和濕度分別為15 ℃和23%，而室外的平均溫度和濕度分別為12 ℃和25%，室內(nèi)外的溫度和濕度相差不大。

表4 住宅及外部環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.3 模擬結(jié)果

將表3中的溫度和濕度作為初始條件賦給IESVE模型，可以得出表5中的數(shù)據(jù)。工況1的室內(nèi)平均溫度為17.25 ℃，而工況2的室內(nèi)平均溫度為22.02 ℃，兩者相差5 ℃。而工況1的濕度要高于工況2。這是由于溫室大棚內(nèi)部的空氣進(jìn)入到室內(nèi)后，工況1的溫度升高幅度相比工況2較小。所以工況1中空氣濕度損失小。

表5 模擬結(jié)果

4 分析及討論

4.1 室內(nèi)外PM濃度的關(guān)系

圖2 溫室大棚及住宅內(nèi)部PM濃度與室外PM濃度的關(guān)系

圖2顯示了溫室大棚和住宅內(nèi)部的PM濃度變化以及與室外PM濃度的關(guān)系。可以看出，室外PM濃度在8:00起有一個(gè)較大的升高，一直維持到20:00。而溫室大棚內(nèi)部的PM濃度相對(duì)比較穩(wěn)定，曲線起伏不大。這很好的驗(yàn)證了現(xiàn)有文獻(xiàn)中的結(jié)論：穩(wěn)定且密封較好的空間內(nèi)PM濃度相對(duì)較低。住宅內(nèi)部PM濃度與室外PM濃度的曲線變化趨勢(shì)高度一致，可以斷定，由于住宅的氣密性較差，室外PM濃度是決定室內(nèi)PM濃度的主要因素。

圖3顯示了溫室大棚、住宅內(nèi)部的PM濃度與監(jiān)測(cè)當(dāng)日室外PM濃度的比值。溫室大棚內(nèi)部PM濃度與室外PM濃度得比值處于0.21~0.39范圍內(nèi)。而住宅內(nèi)部PM濃度與室外PM濃度得比值則處于0.71~0.90之間。顯然，住宅內(nèi)部PM濃度更容易受室外PM得影響。而溫室大棚由于密封性好，則可以將大部分的PM擋在室外，從而保持室內(nèi)空氣的清潔。

圖 3 溫室大棚及住宅內(nèi)部PM濃度與監(jiān)測(cè)當(dāng)日室外PM濃度的比值

4.2 室內(nèi)外溫濕度的關(guān)系

圖4顯示了溫室大棚及住宅內(nèi)部的溫濕度與監(jiān)測(cè)當(dāng)日室外溫濕度的關(guān)系?？梢钥闯觯瑴厥掖笈飪?nèi)部溫度變化幅度大于室外溫度。比如，在11:00-15:00，溫室大棚內(nèi)部溫度升高幅度高于室外溫度升高幅度，主要因?yàn)闇厥掖笈锬軌蚋玫奈帐彝馓?yáng)輻射。在夜間，溫室大棚內(nèi)部有輔助照明，起到一定的溫度維持作用，大棚外部則采用保溫棉對(duì)溫室大棚進(jìn)行保溫，所以內(nèi)部溫度可以維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。而溫室大棚內(nèi)部濕度變化較大，0:00-8:00處于較高的水平，很大一部分原因是種植戶通常會(huì)在上午對(duì)內(nèi)部植物進(jìn)行灌溉，所以濕度相對(duì)較大。而室外濕度由于冬季比較干燥，所以相對(duì)較低。同樣可以看出，住宅內(nèi)部溫濕度變化和室外溫濕度變化則具有較高的一致性，變化幅度基本一樣。主要是因?yàn)樽≌臍饷苄蕴睿覂?nèi)外滲透風(fēng)導(dǎo)致的換氣次數(shù)較多造成。

圖 4 溫室大棚及室外周邊環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.3 模擬結(jié)果與住宅溫濕度對(duì)比

圖5顯示了工況1和工況2的模擬結(jié)果與住宅室內(nèi)測(cè)量值的關(guān)系。可以看出，不論濕度還是溫度，工況2的模擬結(jié)果更接近國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的舒適度范圍。而工況1由于住宅的氣密性和保溫隔熱性能太差，而使得模擬結(jié)果無(wú)法完全滿足室內(nèi)舒適性溫濕度的要求。而由于溫室大棚的作用，工況1和工況2的溫濕度均比住宅現(xiàn)狀測(cè)量值更接近熱舒適性范圍。

圖5 工況1、工況2及室內(nèi)測(cè)量溫濕度對(duì)比

4.4 室內(nèi)PM值預(yù)測(cè)

在對(duì)建筑進(jìn)行節(jié)能升級(jí)改造后，室內(nèi)PM濃度可根據(jù)溫室大棚內(nèi)部PM濃度進(jìn)行預(yù)估。理論上，以10 L每人每秒的送風(fēng)量送風(fēng)，住宅室內(nèi)空氣將在短時(shí)間內(nèi)置換干凈，所以住宅室內(nèi)的PM濃度會(huì)漸漸達(dá)到溫室大棚內(nèi)部的PM濃度水平。當(dāng)然這必須是在住宅的氣密性達(dá)到或超過(guò)溫室大棚氣密性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)忽略室內(nèi)人員活動(dòng)的影響。

升級(jí)改造后，住宅室內(nèi)的PM濃度還可以通過(guò)溫室大棚內(nèi)部PM濃度和室外PM濃度的比值進(jìn)行預(yù)估。預(yù)估公式為：

其中，為室內(nèi)預(yù)估PM濃度值，μg/m3；A為當(dāng)?shù)卮髿釶M濃度每月均值，μg/m3；為溫室大棚內(nèi)部PM監(jiān)測(cè)值，μg/m3；B為溫室大棚監(jiān)測(cè)當(dāng)天室外PM濃度值，μg/m3。

根據(jù)以上公式，以2018年住宅所處地點(diǎn)大氣PM濃度每月均值為例，計(jì)算得到室內(nèi)PM濃度的均值（圖6）。可以看出，室內(nèi)PM2.5的濃度均小于35 μg/m3，室內(nèi)PM10的濃度值均小于50 μg/m3，符合國(guó)家GB/T18883－2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

圖6 住宅室內(nèi)PM濃度預(yù)估值

當(dāng)然此預(yù)估值是在大氣污染月均值的基礎(chǔ)上計(jì)算得到，實(shí)際情況根據(jù)小時(shí)均值和日均值，有可能會(huì)出現(xiàn)大于國(guó)家規(guī)范要求的可能。但圖10的預(yù)估值仍然可以斷定，利用溫室大棚對(duì)空氣進(jìn)行凈化后輸送到住宅室內(nèi)，仍可大幅度降低室內(nèi)PM濃度的水平。假如需要面對(duì)污染極其嚴(yán)重的情況，可采取的措施包括繼續(xù)提高溫室大棚和住宅的氣密性和增加溫室大棚內(nèi)部植物的數(shù)量，以換得更加清潔得空氣。

4.5 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

此研究的經(jīng)濟(jì)價(jià)值可使用回收期進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前住戶以燒煤取暖，采暖季煤炭使用量為1 t左右，市場(chǎng)價(jià)格為1000元?；厥掌谟?jì)算可以采用式：

其中，為回收期，年；為年節(jié)省費(fèi)用，元；為升級(jí)改造投入費(fèi)用，元。

以工況2為基礎(chǔ)，只需對(duì)溫室大棚和住宅用管道相連，并安裝送風(fēng)風(fēng)扇，價(jià)格相對(duì)低廉。回收期可以預(yù)判在1~2年之間。若以工況1為基礎(chǔ)，根據(jù)當(dāng)?shù)亟ú膬r(jià)格，可以粗略估計(jì)保溫節(jié)能改造花費(fèi)的價(jià)格為67900.8元。根據(jù)公式可計(jì)算得到此研究回收期為67年，回收期較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。這主要是因?yàn)樽≌?jí)改造的費(fèi)用太大。然而目前農(nóng)村住宅的節(jié)能改造勢(shì)在必行，所以本研究對(duì)未來(lái)農(nóng)村住宅的采暖通風(fēng)仍然具有巨大的借鑒意義。

5 結(jié) 語(yǔ)

本研究對(duì)農(nóng)村溫室大棚和住宅的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并使用軟件模擬的手段對(duì)以溫室大棚內(nèi)部環(huán)境為基礎(chǔ)的送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果顯示對(duì)住宅建筑進(jìn)行節(jié)能改造后，利用溫室大棚內(nèi)部的空氣對(duì)住宅進(jìn)行通風(fēng)取暖，可以顯著提高住宅室內(nèi)的熱舒適性和空氣質(zhì)量。

本研究具有一定的局限性，比如，未對(duì)溫室大棚內(nèi)部和住宅內(nèi)部的其他污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如CO2濃度和有機(jī)污染物(VOCs)。同時(shí)，夜晚送風(fēng)需要保證溫室大棚內(nèi)部的植物處于光合作用狀態(tài)，以保證CO2濃度處于較低的水平，不然會(huì)造成住宅內(nèi)部CO2濃度升高。同時(shí)，此項(xiàng)研究也可在其農(nóng)村他建筑類型中推廣，如農(nóng)村養(yǎng)老院、社區(qū)活動(dòng)中心和鄉(xiāng)村診所等，未來(lái)研究可專注以上幾個(gè)方面。

[1] 潘小川.室內(nèi)空氣污染與健康危害評(píng)價(jià)[J].中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2002(3):11-13

[2] 楊靜雁.我國(guó)大氣污染狀況淺析[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2018(10):62

[3] 韓樸.2014年中國(guó)主要大氣污染物時(shí)空特征分析[D].西寧:青海師范大學(xué),2015

[4] Gao JL, Yuan ZW, Liu XW,. Improving air pollution control policy in China-A perspective based on cost–benefit analysis [J]. Science of the Total Environment, 2016,543(Part1):307-314

[5] 王晨.關(guān)注中國(guó)大氣環(huán)境治理霍尼韋爾發(fā)布首份產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)報(bào)告[R].精細(xì)與專用化學(xué)品,2018,26(6):28

[6] Peng Z, Deng W, Tenorio R. Investigation of Indoor Air Quality and the Identification of Influential Factors at Primary Schools in the North of China [J]. Sustainability, 2017,9(7):1-14

[7] Tian L, Zhang G, Lin Y,. Mathematical model of particle penetration through smooth/rough building envelop leakages [J]. Build. Environ. 2009,44:1144-1149

[8] 陳超,王平,陳紫光,等.不同結(jié)構(gòu)型式建筑外窗縫隙通風(fēng)對(duì)建筑室內(nèi)細(xì)顆粒物(PM_(2.5))濃度的影響[J].北京工業(yè) 大學(xué)學(xué)報(bào),2016,42(4):601-608

[9] 袁濤,李劍東,王智超,等.西安市冬季辦公建筑和商場(chǎng)室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)查研究[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2010,31(5):70-73

[10] 中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)能耗統(tǒng)計(jì)專委會(huì).2018中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告[J].建筑,2019(2):26-31

[11] 李娜,張博,楊紅,等.北京市住宅空氣質(zhì)量及相關(guān)能耗調(diào)查及分析[J].建筑節(jié)能,2016,44(4):12-14

[12] 葛翠玉,熊東旭,王珺.濰坊地區(qū)農(nóng)村住宅冬季室內(nèi)熱舒適調(diào)查[J].暖通空調(diào),2013,43(10):100-105

[13] 李文迪,朱春,余建,等.空氣凈化器對(duì)室內(nèi)空氣凈化效果實(shí)測(cè)分析[J].綠色建筑,2015(1):58-60

[14] Lohr VI. What are the benefits of plants indoors and why do we respond positively to them? [J].Acta Horticulturae, 2014,8812:675-682

[15] Irga PJ, Paull N, Abdo P,. Developing the Junglefy Breathing Wall for Enhanced Indoor Air Quality Remediation. Plants and Environmental Quality Research Group [R]. Report prepared for Junglefy Pty Ltd. University of Technology Sydney, Australia

[16] Irga PJ, Paull NJ, Abdo P,. An Assessment of the Atmospheric Particle Removal Efficiency of An In-room Botanical Biofilter System [J]. Building and Environment, 2017,115:281-290

[17] 周杰良,閆文德,王建湘.7種盆栽觀賞植物室內(nèi)滯塵能力研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(8):7-8,10

[18] 李瑞雪,張明軍,張永芳.石家莊大葉黃楊葉片滯塵量及滯塵顆粒物的粒度[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2009,22(1):15-19

[19] Chinnayeluka S. Performance Assessment of Innovative Framing Systems through Building Information Modelling Based Energy Simulation [D]. Osmania University, 2011

Study on the Feasibility Air Environment in Residences Improved by a Ventilating System in Greenhouse

PENG Zhen1,2, WANG Xue-yong3*, DENG Wu,2,4, HONG Yuan-da4, BAN Qi-chao1

1.266033,2.315100,3.271018,4.315100,

This paper proposes an integrated ventilation system for a rural house to improve indoor thermal comfort levels and the indoor air quality, based on an indoor environment of a greenhouse located in the cold climate zone of China. Research methods in this research included field measurements and dynamic thermal modelling. Field measurements were mainly used to measure the temperature performance, relativity humidity and particulate matter (PM) levels inside the greenhouse and the selected rural house. The ambient environment was also measured to provide a comparison with the indoor measurements. Dynamic thermal modelling was used to evaluate the performance of the proposed ventilation system. This study found that supplying air from the greenhouse to the rural house can significantly improve the levels of indoor thermal comfort and indoor air quality. Retrofitting with adding insulation to the external walls and roof, and replacing the window with double glazing or triple glazing are necessary.

Greenhouse; rural residential building; thermal comfort; indoor air quality; particulate matters

F590

A

1000-2324(2020)03-0565-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.038

2019-02-09

2019--03-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:基于數(shù)據(jù)挖掘與即時(shí)反饋的醫(yī)療建筑循證設(shè)計(jì)信息技術(shù)開(kāi)發(fā)研究(51908300);山東省高等學(xué)校人文社科計(jì)劃項(xiàng)目(J17RA215);山東省藝術(shù)科學(xué)重點(diǎn)課題(ZD201906368,ZD201906442)

彭振(1987-),男,博士,副教授,研究方向?yàn)榻ㄖ夹g(shù). E-mail:pengzhen@qut.edu.cn

Author for correspondence. E-mail:wxy199@163.com