换气次数

每小時換氣次數(Air changes per hour),縮寫為 ACPH 或 ACH,也稱為換氣率(air change rate),是指在一個小時內,一個房間或空間中的全部空氣被完全排出並由新空氣替換的次數。如果空間中的空氣是均勻的或完全混合的,那麼每小時換氣次數就表示在一個小時內該空間中的空氣被替換了多少次。完全混合的空氣指的是一種理論狀態:送入的空氣能夠瞬間並均勻地與空間中原有的空氣混合,因此像空氣年齡和污染物濃度等條件在空間中都是均勻一致的。

在許多換氣方式中,空氣既不是均勻的,也不是完全混合的。在一定時間內,一個空間中實際被置換的空氣比例,取決於空間的氣流效率以及所採用的通風方式。這些系統可以從一種理想化的完全置換系統(能夠移除並替換空間中的全部空氣),到一種短路氣流的情況(在這種情況下,原有空氣只有極少部分被替換)。在完全混合通风案例中,当换气次数为1次/h时,一小时后将有63.2%的空气被更换。为了保持气压的平衡,送风量和排风量必须相等。

術語定義
空氣年齡

在某一特定空氣體積中,空氣分子從室外進入建築物以來所經歷的平均時間。

濃度

在一定量的某種物質中,另一種成分所分散的數量。

示蹤氣體濃度

示蹤氣體的體積或質量,除以空氣與示蹤氣體的總體積或總質量。

室外空氣

建築物外部的空氣,或從室外引入、且之前未曾在系統中循環過的空氣。

完全混合

一種理論上的氣流分佈模式。在通風空間中,送入的空氣能瞬間並均勻地與空間中的空氣混合,使得空氣中各成分的濃度以及空氣年齡在空間中處處相同。

回風

從某一空間中抽出的空氣,並全部或部分返回到空調機、暖爐或其他熱源設備中。

送風

由空調、供暖或通風設備送入某一空間的空氣。

建築氣密性
測量建築氣密性最常用的方法是風機加壓法,也稱為鼓風門測試(blower door test)。該測試是通過測量在建築內外壓差為 50 帕斯卡(Pa)時,每小時發生的換氣次數(ACH)。如果在一小時內,有相當於建築內部空氣體積的空氣量通過建築圍護結構,那麼 ACH = 1。

良好的氣密性可以提高建築的能源效率,因為氣密性差意味著:

  • 空氣滲透率高
  • 產生穿堂風
  • 存在冷凝風險
  • 濕氣積累
  • 以及其他不良影響。

基於這一原因,被動式建築(Passive House)標準對氣密性提出了性能要求:在室內外壓差為 50 Pa 的條件下,建築的氣密性必須小於 0.6 ACH。

值得注意的是,在鼓風門測試中於50 帕斯卡壓差條件下測得的 ACH,模擬的是建築外部存在持續約 32 公里/小時風速時的情況。在較為平靜的自然條件下,實際的空氣滲漏量通常會小得多。因此,所謂的自然換氣率通常可能比該測試值小 10 到 25 倍。這一點非常重要,因為高性能建築設計方法往往致力於在標準化、受氣候壓力影響的條件下保持較低的 ACH;而另一方面,室內空氣品質的需求可能要求自然換氣率(natural ACH)保持在足夠高的水平。

強制通風對住宅換氣的影響
由於居住者的行為模式改變(例如為了安全而保持窗戶關閉),人們越來越不願意打開窗戶,因此為了維持可接受的室內空氣品質,採用强制通風(forced ventilation)來提高 每小時換氣次數便成為必要措施。

在配備強制通風系統的住宅中,每小時換氣次數(ACH)常被認為是防止結露的一種方法。這類系統通常被標稱為 3–5 ACH,但往往沒有提及房屋的實際大小。然而,如果住宅本身的 ACH 已經大於 0.75,那麼強制通風系統在控制結露方面很可能作用不大;在這種情況下,增加保溫或提高供暖通常是更有效的解決方法。

利用屋頂空間來進行供暖或制冷被認為效果有限。其最大的供暖效果出現在冬季較南部地區(在這些南半球研究中更接近南極),但其效果僅相當於約 0.5 kW 的供暖功率,也就是大約 五個 100 W 白熾燈泡所提供的熱量。夏季的降溫效果同樣很小,並且在較北部地區(更接近赤道)的住宅中稍微更明顯一些。在所有情況下,研究假設通風系統具有自動控制功能:當進入室內的空氣溫度比室內空氣更高或更低(視情況而定)時,系統會自動停止運行,否則會加劇住宅內的不利環境條件。

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