通风效率

通风系统的主要目标是排除采用任何方法都无法方便清除的污染介质，从而保持室内卫生状况。
表面上看，这是一个简单而连续清除和替换室内乏气的过程，实际上却是涉及整个空调领域系列因素的复杂过程，首先是有关 IAQ 和节能的全部条件。众所周知，近年来已经制订并修订了不少涉及规定室内环境条件的各种标准和规范（UNI EN 15251），其中应特别注意室内通风和室内外换气量。
尽管如此，如今，室内空气分配效率的简化评估仍然比较困难，且具有挑战性的任务。此外，重要的是要明白，室内人员在场有时会明显影响通风过程和污染物的稀释，常常会损害预期效果。

 通风指标
由图1可以观察到，在达到一定的空气流量之前，通风的正面效应随着流量的增大而加强，这是因为污染物的浓度降低了。与之相反，一旦空气流量达到最佳值后，无论再怎么增加，也只能对污染物的稀释或温度的降低带来边际效应。换言之，只会高比例地增大室内气流和噪声的副作用。
图1
正如目前众所周知的那样，不单是室内进风量决定着室内空气质量（IAQ）的状况。因此，假如加上这些简单的考量，很容易确定通风效率的指标，以明显表征空气混合过程和有人活动区内污染物的分布。
同理，可以专业方式评估空调房间的通风性能，确定其它各种的适用指标。因此，了解和掌握这些不同的指标，对于充分理解通风过程的固有特征，是非常重要的。
通风效率
从通风效率的定义出发是正确的做法，正如标准 UNI EN 15251/2008中所述，该标准对室内环境状况的通用标准作出了规定。标准中列出了进风、排风和有人活动区（或更确切的说是呼吸区）环境空气中所含污染物的浓度之间的关系式：
式中：
e_v =通风效率
c_EHA = 排气污染物浓度
c_IDA =室内空气污染物浓度
c_SUP =进气污染物浓度
通风效率取决于空气分配与现有扩散污染物的类型和数量。因此，对于不同的污染物，有可能规定不同的指标值，在污染物充分混合时，此值等于1。通风效率指标本身又基于对空气龄和房间中污染物质浓度的评价。
在所有指标中，这两种指标的作用是可区分出室内换气设备的能力和清除污染物的功效。有些指标基于在整个室内空间中测得的平均值，而其它指标完全根据对特定点或特定位置的指示。这就会得出重要的结果来，因为当室内平均值为通风系统总体性能提供某种指示时，有关的特定空间值会指示局部通风可能不充分的区域。
平均指标和局部指标均是采用示踪气体技术的可测定量，也可以借助于计算流体动力学预测。
换气效率
如上所述，评价通风过程效能的一种方式是观察通风房间的换气频度。从外部空气引入室内之时起测量空气龄。
平均空气龄是基于室内所有位置空气成分分布时间平均值之和的统计理念（图2），显而易见，室内空气龄越短，该房间的通风效率越高。
图2
排气点的平均空气龄（）用下式表征：
因此，名义空气龄 仅与房间容积（V）和通风能力（q_v）有关。最低室内换气率 按单向流动求得（图3）。
图3
相反，对于所有其它通风过程，平均换气时间，即室内全部空气的实际换气时间，除了上述因素（V, q_v）之外，还与同室空气流动进程有关，因此，会随正常混合或排放过程中的空气扩散而变动。
于是，平均换气效率可以通过可能的最短换气时间比较而定，并与室内有效换气的实际平均时间相关。
[%]
第二个关系式证明了平均换气效率也可以表达为可能的最低平均空气龄与空气龄之比。如前所述，平均换气时间 可以利用示踪气体（六氟化硫 SF6）测定。
如果空气完全混合，平均换气效率便为50% （）。实际上，换气效率揭示了室内空气究竟趋向于停滞还是排出（表1）。
表1 – 有关空气交换空气分布类型的平均效率

同理，有可能规定通风房间特定区域内、尤其是人员活动区域的换气效率，藉此掌握人员活动区域（特指呼吸区）的换气是否比室内其它区域快。
 
排污效率
对换气效率所作的那些思考可能换位于对室内空气排污的评价。通常，室内污染物质的产生源自于工艺过程、材料和干扰物体的释放，首先应当通过换气作用进行稀释，然后利用排气口排出室外。
为此，有一种确定通风效率的方法是，将从室内排气中抽取的某种污染物样品的浓度，与同一间房间内污染物的平均浓度进行比较：
c_e = 排气中污染物的浓度
c  =  房间空气中污染物的平均浓度
换言之，测出排污效率就可以说明空气是否洁净。同理，对于换气效率来说，规定空气质量的局部指标便可验证排气中的污染物浓度是否大于呼吸区内污染物的浓度，因而可以判别设备是否正确运行。不过，应当记住，通风系统的最小换气能力不应因污染载荷而明显变动。
美国标准
美国标准 ANSI/ASHRAE 62.1及其随后的附录出于其它目的，提出了利用通风设备将外部空气引入室内的最低量的规定，以求确保住户获得最佳的舒适、健康（和生产）条件。
在该标准开头的前言中，规定了空气质量的可接受水平，其条件是在通风过程中，不出现熟知的污染物达到有害浓度的现象，特别是大多数在场人员（80%及以上）没有不舒服的感觉。
如在欧洲，标准62.1也规定了通风条件应该充分高效，同时按照通风过程的效率同时变动最低外部换气量。
在该标准的第六章内（这是整个标准的核心内容），突出了利用通风率（通风率程序 VRP）或室内空气质量（室内空气质量程序 IAQP）的最低外部换气量计算程序。在前一种场合，根据应用类型、房间占用水平和通风面积，预先确定最低外部换气量。特别是，如下定义有人活动区（呼吸区）限定的外部换气量（V_bz）：
V_bz = R_pP_z + R_aA_z
式中：
A_z =  地板净面积
P_z =  标准运行条件下的现场最多人数
R_p = 人均外部换气量
R_a = 单位面积人均外部换气量
图4
有人活动区很容易区分，其定义为内部空间获得很好的换气通风的区域。这种概念可以清楚解释通过通风系统管道引入的空气与实际吹到有人活动区内人身上的空气之间的差异。
将室外空气送入有人占用的呼吸区的通风系统的能力可以用两个指标表征：有人活动区内的空气分配效率E_z和应用于多区域房间、具有内部空气循环的系统换气效率E_v。
实际上，正是从估计空气分配效率（类似于欧洲的换气效率）出发考虑，而这项指标应该作为外部换气量的第一选项，因为许多人长期忧虑室内通风换气混合的低效率以及室外换气不可能均匀稳定地到达有人活动区。
表2中列出了空气分配效率，该指标引自ASHRAE标准，按照空调过程（供冷、供热、通风、循环等）和分配类型（天花板、地板、侧壁等）得出。，
表2 – 在被占领的区域（E_Z）分配的有效性。

一般，很容易看出在供冷情况下中E_z值近似等于1，而在供暖情况下小于1，这是因为与环境空气混合和可能出现的热源有可能造成空气流量增加（图5）。一旦确定了空气分配效率，便重新回到利用公式计算通过风口引入的必要外部换气量：
V_oz = V_bz/E_z
表3列出了根据上述公式算出的外部换气量。
图5
表3 – 从进入到扬声器的空气。

 
最终外部换气量的选定过程将室内环境区分成以下三种情况：

• 单区域系统，V_ot = V_oz；
• 外部换气量100%的系统，V_ot = S_azV_oz；
• 带循环的多区系统，外部换气量按照V_ot = V_ou/E_v。

V_ou的计算与全部区域同时系数（异性系数）之和有关，而E_v表示通风系统的效率。相对于100%外部换气量的情况，后面一个指标可以衡量带循环的多区通风系统是否低效。
表4 – 通风系统（E_V），其中 ZP 是外部空气的分数效率。