混合通风：一种节能环保的通风方式

混合通风：一种节能环保的通风方式
孙 涛
摘要：混合通风是一种节能环保的通风方式。本文介绍了混合通风的概念、基本原理、优点、系统设计问题及面临的难题，并对其成功的应用进行了简要举例说明，最后指出其在我国的发展和应用前景。
关键词：混合通风；节能；环境；舒适性：
基于改善室内空气品质和热舒适性以及节能的目的，如何将自然通风和机械通风结合起来以发展一种新的通风形式一混合通风，已成为近几年来国外研究的课题。国内也有学者提出了变病态建筑为健康建筑的方法和生态建筑中采用机械辅助式自然通风的方法一。本文在借鉴专家研究的基础上，对混合通风作一个综述性介绍，希望能够推动混合通风在我国的进一步发展。
一、混合通风基本原理、优点、系统设计
Hybrid Ventilation即混合通风，本文所指并非为传统意义上的通风，而是一种新的节能型通风模式，通过自然通风和机械通风的相互转换或同时使用这两种通风模式来实现。它充分利用自然气候因素如太阳、风、土壤、室外空气、植被、水蒸气等为室内创造一个舒适的环境，同时达到改善室内空气品质和节能的目的。混合通风系统与传统的通风系统主要不同在于：混合通风系统是带有能够自动地根据室外气候变化转换其运行模式，以达到满足热舒适要求及节能目的的智能系统。
1.混合通风基本原理。混合通风基本原理可分为三类。（1）自然通风模式和机械通风模式交替运行。其特点为：室外条件允许自然通风的情况下，机械通风系统关闭；当室外环境温度升高或降低至某一限度时，自然通风系统关闭而机械通风系统开启。自然通风对机械通风基本上无干扰。这种通风模式适用于一年四季气候变化较明显的地区，在过渡季节进行自然通风，炎热的夏季和寒冷的冬季进行机械通风。设计该种通风系统时，如何选择合适的控制参数，以实现自然通风模式与机械通风模式之间的转换是设计的关键问题。（2）风机辅助式自然通风。其特点为：在所有气候条件下都以自然通风为主，但当自然驱动力不足的情况下，可开动风机以维持气流的流动和保证气流流速的要求。它主要适用于四季气候温和的地区。如何设计自控系统以根据自然驱动力的强弱来控制风机的开停是该系统设计的关键问题。（3）热压和风压辅助式机械通风。其特点为：在所有气候条件下都以机械通风为主，热压和风压等自然驱动力为辅。它适用于四季气候或冷或热的地区。如何根据风压和热压的大小变化来控制机械通风系统(如风量、送风温度控制)是设计的关键问题。
2.混合通风的优点。由混合通风的通风原理易知，混合通风具有以下优点：(1)节能。调查表明，混合通风系统比传统通风系统节能25％~50％。(2)缓解全球的污染问题。由于通风能耗的大大节省，从而减少污染物的排放及制冷剂的使用，大大缓解温室效应问题及臭氧层破坏问题。(3)改善室内空气品质和热舒适条件，使居住者更加满意。混合通风系统中自然通风的使用，最大限度地利用了室外新风，一方面可改善传统空调系统中新风量不足或新风遭到污染的问题，客观改善室内空气品质，另一方面允许人们可以通过调节自己的行为来控制环境和适应环境，增强了人的控制环境的自主能动性。(4)减少运行费用和投资及延长设备使用寿命。在混合通风系统中，自然通风负担了部分室内负荷，所以与传统的机械通风系统相比，可大大缩小机械通风设备，并且设备也不是长期满负荷运转，故可减少初投资、日常维修费及延长设备使用寿命。
值得注意的是，当密闭的机械通风房间中应用自然通风引进新风时，极有可能加大机械通风的负荷，增大能源消耗。所以，在混合通风的设计中，如何避免这种情况的发生而使机械通风和自然通风相辅相成是至关重要的。
3.混合通风的设计问题。由于混合通风中自然通风模式受自然气候条件(如室外风速、风向)、建筑形式、建筑周围环境、建筑位置及室内热源等因素的强烈影响，具有不可确定性和复杂性，这给混合通风系统的设计带来较大的困难。因此，其设计应与建筑设计、土木设计密切配合，需建筑师、土木工程师、建筑设备工程师及电力控制师甚至房主的参与，未来建筑物的整体设计将越来越重要。它的设计应包括以下三个方面：(1)建筑与自然通风系统的设计。一幢优秀的建筑，除了有良好的建筑外形，满意的建筑功能外，还应能充分运用自然条件。因而，设计中除考虑建筑形式和用途外，还需考虑建筑物周围环境、室外气候条件、室内热源情况等，以此来确定围护结构的材料、颜色，窗户的位置、大小、密封程度及玻璃种类，通风口的位置、大小，遮阳等，另外还可采用其它形式，如设立中庭、幕墙等来应用自然通风。西安半坡遗址中古代房屋、汕头的古城堡和当代孟加拉邦戈邦都国际会议中心都是建筑设计与自然通风系统设计密切配合的典型例子；(2)机械通风系统的设计。要求在传统设计基础上，考虑应用自然通风的时间和方式，以避免两者之间的不利干扰；(3)控制系统的设计。智能控制系统是决定混合通风系统通风效果的关键因素。一个优秀的控制系统应能根据室外气候条件与设计要求实现机械通风与自然通风的转换，以达到改善室内空气品质、创造舒适环境与节能的目的。
二、混合通风应用实例
国外已有少数建筑应用了混合通风系统，主要是一些办公楼和停车场等，如德国的福兰克福商业银行、悉尼的威尔金森办公楼、比利时的IVGE办公楼、丹麦的Pihl&SonHQ办公楼、挪威的Jaer学校。本文具体介绍一下日本MEIJI大学的一座运用混合通风系统的大楼。这座大楼位于Metropolitan中心，内设报告厅、礼堂、自助餐厅及阅览室等，建筑面积为5901lmz，可容纳人数为8000人。屋顶花园理主要是机械通风和自然通风相互转换。该建筑1层～17层，沿周边窗子中均布置了自动控制的通风口，在电梯通道顶部装有抽风机，工作时，由于抽风机的作用，空气由窗子上的小风口吸入，经由房间中布置的通风管道汇合到各层的电梯通道口，然后在18层中向四周排放。这里的通风管道即为机械通风一空调用进风管道。所以，在这个设计中两种系统是交替工作的，随着季节和室外温度的变化而转换。实验研究表明，这种混合通风模式能增大通风流量，减少能量消耗，全年平均可减少35％，在4月时甚至可以减少90％.。
三、混合通风在我国的应用前景
混合通风系统的研究初始于北欧，这和当地的气候有很大关系。北欧位于严寒地区，围护结构严密、保温、性能良好，夏季的空调冷负荷较少，能更多利用户外空气的自然冷源以节约人工制冷。我国幅员辽阔，居民住宅一般在过渡季节采用自然通风，而在夏季和冬季，采用完全机械通风系统，这实际上也是一种混合通风模式。
然而，密闭环境下的机械通风系统引起的室内空气品质问题极大地影响了人们的身体健康，与此同时，由IAQ问题间接引起的工作效率低下和病休、医疗费用等社会问题也引起了广泛的关注。研究结果表明，新风量的不足是室内空气品质越来越差的主要原因之一。另外，我国的能源问题也日趋紧张。目前，我国能源利用效率较低，总利用的效率仅约30％，生产单位产品成本的能耗比发达国家高约60％～100％，节能是我国的基本国策。在大力加强其它能源开发利用的基础上，降低目前能源成本，减少能耗是至关重要的。在建筑节能中，空调技术的发展方向起着至关重要的作用。既满足室内舒适条件，又减少能量消耗，充分利用可再生能源，应是空调技术的可持续发展目标。这些都将促进混合通风系统在我国的发展。
但是，由于混合通风研究处于初步阶段，国内尚缺乏有关混合通风的标准和规范，且没有明确的建筑节能方面的法规；其次，混合通风设计技术相对复杂，需要一套完善的自动控制系统，对设备进行调节、控制和工况转换，这些都对建筑师、设备师及控制师的协作性提出了较高的要求；另外，混合通风设计的初投资较大，通常业主不愿意在基本费用的基础上多花钱，这是混合通风设计和应用遇到的最大阻碍。这些问题都有待解决。
四、结束语
综上所述，混合通风是一种节能环保的通风方式，不仅能降低运行费用，延长设备寿命，而且能提高室内
空气品质，提高居住者满意率。混合通风有利于解决我国的室内空气品质问题和能源问题，在国内具有很大的应用潜力，需要更多的研究者们投入其中，也需要政府部门的大力支持。