0 引言

当前，我国住宅室内大量使用装修装饰材料和复合木质家具，造成甲醛、甲苯等挥发性有机化合物(VOC)和半挥发性有机化合物(SVOC)浓度超标情况日益严重[1]。通风换气是解决上述问题的有效方法。为保证室内基本的供氧和排废气要求，GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》[2]中明确规定了要向室内提供不小于30 m3/(人·h)的新风量。然而，在室外细颗粒物(PM2.5)污染天气频发的情况下，通风又会加剧室内颗粒物污染[3]。

具有PM2.5净化功能的新风机是应对住宅“内外交困”局面的有效手段[4]。但是，新风机市场上产品种类较多，且其结构形式复杂多样，使得选型存在一定盲目性，亟需合理的性能评价指标来指导选型和规范市场。

新风机使用中的能耗是备受关注的问题，因此，涉及能耗问题的评价指标尤为重要。GB/T 21087—2007《空气-空气能量回收装置》[5]中采用全热和显热回收效率对空气通风装置的节能潜力进行评估，但是所用方法未考虑装置的净化因素。中国质量检验协会标准T/CAQI 10—2016《新风净化机》[6]第6.3.13节采用额定风量与输入功率的比值来表示新风机的净化能效，但该方法仅考虑了新风设备本身的电能消耗，忽略了引入新风造成的潜在能源消耗，会误导人们单纯追求大风量产品，存在不合理性。实际上，新风机引入新风后造成空调或供热、供暖系统承担的负荷增加较多，在净化能效评价中忽略这部分能耗将影响整体运行能耗的评判。

本文针对新风机净化能效评价的不足，在综合考虑设备取得定量净化收益(新、回风侧的洁净空气量)时自身消耗电功率及潜在能源消耗问题的基础上，给出一种更全面的家用新风机净化能效评价指标。并结合北京和广州两地的冬季典型工况，给出不同类型新风机净化能效对比的具体算例。

1 家用新风机类型及特点

通过对市场上新风机产品进行梳理分类，按照家用新风机的净化模式和送风形式，可将新风机分为4种类型。

钻孔灌注桩施工本身具备较强的技术性与专业性，流程比较复杂，施工期间经常会出现问题，一旦没有很好的解决便会导致施工事故问题。在钻孔灌注桩施工过程中经常会出现混凝土堵管以及离析等质量问题，施工人员一旦发现应及时处理，针对性的采取措施，并撰写专门的事故处理报告与事故调查报告。同时，施工单位还应严格控制每一个施工环节，确保每个施工环节的质量水平，以免此后再次出现施工质量问题。除此之外，还应做好灌注桩的养护工作，结束浇筑之后应及时养护，并做好桩顶的覆盖工作，确保钻孔质量水平。

1.1 直流型新风机(A型)

如图1所示，该类型新风机主体包含单向送风流道、净化模块、动力风机，在动力风机(离心风机)作用下，室外新风经粗效过滤，再经高效净化模块去除PM2.5后送入室内。室内污染主要依靠室内形成的正压由围护结构缝隙或房间排风扇排出。

  

图1 直流型新风机(单一送风流道，依靠正压排风)

1.2 双流道新、排风循环型新风机(B型)

如图2所示，该类型新风机主体包括：1) 新风侧的粗效过滤模块、高效净化模块以及动力风机；2) 排风侧动力风机；3) 用于新、排风能量交换的热回收模块。

  

图2 双流道新、排风循环型新风机(带热回收模块)

在动力风机作用下，室外空气经过净化后送入室内，同时依靠排风管道进行排风，实现室内进、出风量的平衡，设备中的热回收模块可以根据实际的地区和气候条件选用显热或全热形式。

1.3 直流新风+室内循环型新风机(C型)

如图3所示，该类型新风机主体包括：1) 新风侧的粗效过滤模块、高效净化模块；2) 回风侧的高效净化模块；3) 动力风机。

  

图3 直流新风+室内循环型新风机(混合送风)

在动力风机作用下，室外空气经过净化处理后送入室内，满足人员基本的新风需求；同时室内回风在高效净化模块作用下实现室内PM2.5(或其他污染物)的去除，室内部分污染会依靠微正压驱动排至室外。

式(8)表示的是新风机新风侧和回风侧对颗粒物的总净化收益。如果室外浓度过高或新风侧的一次通过效率较低时，Cout(1-ε1)可能会大于Cset，等号右侧第一项为负值，即新风侧净化收益为负值，说明仅依靠新风侧净化不能将颗粒物浓度控制到设定水平。回风侧收益恒为正，故可依靠回风净化进一步使室内浓度达标。

1.4 新、排风循环+室内循环型新风机(D型)

如图4所示，该类型新风机主体包括：1) 新风侧的粗效过滤模块、高效净化模块、动力风机；2) 回风侧的高效净化模块、动力风机；3) 排风侧动力风机；4) 用于新、排风能量交换的热回收模块。

  

图4 新、排风循环+室内循环型新风机

室外空气经过净化处理后送入室内，依靠排风管进行排风，实现室内进、出风量的平衡；室内回风在高效净化模块作用下实现室内PM2.5(或其他污染物)的去除；新风送风管道和排风管道之间配有热回收模块，实现能量回收。

4种类型新风机的高效净化模块可选用但不限于高效空气(high efficiency particulate air，HEPA)过滤器、静电除尘器(electrostatic precipitator，ESP)等。

2 新风机净化能效评价方法

2.1 新风机净化能效分析

采用净化收益与消耗代价的比值来表示设备的净化能效，对于家用新风机而言，净化收益和消耗代价并不是单一指标的参数。

下面结合D型新风机运行中的净化情况和能量消耗进行分析，其他3种类型新风机可参照D型新风机进行简化。以去除PM2.5为例，房间中新风机运行各进出口状态参数如图5所示。

“为了达到这个效果，我再次选择了蔡司50mm镜头。因为这个拳台位于健身房边缘靠墙的位置，所以我没办法用更长的焦距，那里没有足够的空间可以站得开。但场地大小的限制也未尝不是一件好事，它让我拍出的照片更加具有在场感。这里我用了f/2的大光圈，虚化了背景中那些不必要的细节，让画面看起来也更富有趣味。”

  

Cout 室外浓度 L1 室外新风量 hout 室外新风比焓 Cin 室内浓度 Lp 排风量 hin 室内空气比焓 C1 新风侧送风浓度 h1 经过新风机后送风的比焓 C2 回风侧送风浓度 L2 室内循环风量 Cset 室内目标浓度 hset 室内空气的设计比焓图5 新风机运行过程中参数状态示意图

室内回风净化功能与空气净化器的循环净化相似[8]，假设回风净化段的一次通过效率ε2不随室内浓度的变化而改变，回风侧送风同样可分为两部分：1) 浓度为0，风量为L2ε2；2) 浓度为室内浓度Cin，风量为L2(1-ε2)。

新风侧的送风可分为两部分(实际上并不可分，两部分混合后浓度为C1)：1) 浓度为0，风量为L1ε1(其中ε1为新风侧的一次通过效率)；2) 浓度为室外浓度Cout，风量为L1(1-ε1)。

同理，可得A，B，C型新风机的净化效能ηA，ηB，ηC：

 

(1)

对于第二部分，其相对于Cset的洁净空气量CADR12为

 

(2)

新风侧的净化收益应该是两部分之和，以CADR1表示：

CADR1=CADR11+CADR12=

 

(3)

C1=Cout(1-ε1)

3.向烧杯中注入约80 mL开水，将注射器垂直插入开水中使白磷在水面以下，用手轻压活塞，防止注射器内气体体积膨胀，使活塞弹出，待白磷燃烧后，将注射器取出观察。

(4)

如图5所示，室内PM2.5的净化模式包括室外新风置换稀释和回风循环过滤，对应的所能提供的洁净新风量收益包括：室外新风所带来的洁净空气量和回风净化带来的洁净空气量。

对于第一部分，其相对于Cin的洁净空气量CADR21为

 

(5)

其等效于：

基于上述条件，给出不同类型新风机在北京和广州设计工况下的净化能效对比分析过程。

PLM是一种数据管理和信息集成软件，是CAx，PDM，ERP，CRM，OA等工具的集成平台，将各种异构数据统一起来，打破信息孤岛，实现了所有与项目有关的人在整个信息生命周期共享产品数据，为并行工程提供系统工作环境。

 

(6)

对于第二部分，实际上相当于室内空气直接进行了无净化循环，其洁净空气量CADR22=0。

这种理论在比较法上的支持是德国的实践。早在1902年，德国帝国法院即在“Duotal Lagend”案中确认了对于根据专利方法(一种生产制造专利方法)直接获得的产品，在权利人投入市场后，在其上的专利保护的效力就用尽了[注]Entscheidungen des Reichsgerichts in Zivilsachen, Erster Band, Der ganzen Reihe einundfünfzigster Band., Verlag von Beit und Comp. 1903, 139.。

土地利用总体规划图是对土地用途区或者土地用途的表达，为保护耕地和基本农田、优化土地利用结构和布局、控制建设用地外延扩张及提高土地利用效率提供基础图件。

故回风侧带来的洁净空气量CADR2为

CADR2=CADR21+CADR22=L2ε2+0=L2ε2

(7)

新风机整体的洁净新风量收益CADR为

CADR=CADR1+CADR2=

 

(8)

《基础教育课程改革纲要(试行)》中明确指出：教师应尊重学生的人格，关注个体差异，满足不同学生的学习需要，创设能引导学生主动参与的教育环境，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，使每个学生都能得到充分的发展。小学数学阶段是对学生的数学教育进行基础巩固的阶段，是培养学生数学综合能力的关键时期，分层异步教学作为小学数学的重要教学方式，能够逐渐平衡学生之间的差异，提升整体学生的综合能力，提高教师的教学质量，对不同程度的学生进行针对性地指导，依照学生的实际情况，尊重学生的个体差异，能够照顾到不同学习水平的学生，对小学数学教师的教学效果具有很大的提高作用。

新风机运行取得净化收益，同时也会付出相应的能耗代价，能耗也包括两部分：一部分为新风机本身的用电输入功率Qe；另一部分为引入室外新风后，给房间设备(空调或供暖系统)带来的负荷Qa。其中Qa可表示为

 

(9)

式中 ρ为标准状态下空气的密度，忽略温度效应，kg/m3；COP为房间设备(空调或电热设备)的能效比，宜结合不同地区特点选取参考值。

1954 年国际标准化组织提出《舒适热环境条件——表明热舒适程度的PMV和PPD指标》(BS EN ISO 7730)，对PMV及PPD推荐取值为：PPD ≤10%， 即允许有10%的人感到不满意，此时对应的 PMV 在-0.5～+0.5之间.从图7可以看出，该办公区域PMV值在-0.5～+0.5之间，介于微凉和微暖，热感觉适中，符合相关规定，能够为办公人员提供一个合理、舒适的办公环境.

新、回风量参数确定后，尚需判断4种类型新风机同时满足室内设定要求时能源消耗情况。参照GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[10]附录A，该工况下室外计算温度为-3.1 ℃，计算相对湿度为43%，室内设计温度为22 ℃，相对湿度为40%[9]；排风量等于新风侧风量的90%；新风机热回收模块全热(焓)回收效率γeff=65%。

 

(10)

|h1-hset|=(1-γeff)|hout-hset|

(11)

式中 γeff为热回收模块的全热回收效率。

问题情境教学就是指依据课程标准，结合具体的课时、教学目标，设计与教学内容相关的问题情境，进而引导学生通过讨论、探索，获取新知识的一种教学手段。问题情境教学是一种发展性教学，可以让学生开展系统、独立的探究活动，在问题情境的创设、提出和解决的基础上构建自己的方法体系。

2.2 新风机净化能效

基于上述分析，可得D型新风机净化能效ηD的表达式：

 

(12)

对于第一部分，其相对于室内目标浓度Cset(可以根据实际情况进行设定，如参照GB 3095—2012《环境空气质量标准》[7]可设为35 μg/m3)的洁净空气量CADR11为

 

(13)

 

(14)

 

(15)

上述净化能效指标综合考虑了新风机自身的电能消耗和引入室外新风的潜在能耗，避免了单纯采用风量与输入功耗比值评价新风机能效的不合理性。

3 应用举例

假设某卧室，面积22 m2，居住2人，住宅层高2.6 m；按照GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》[2]规定的30 m3/(人·h)的新风要求，需要的新风量L1-F应不小于60 m3/h；参照GB 3095—2012《环境空气质量标准》[7]设定室内质量浓度Cset应小于35 μg/m3。

对于A，B型新风机，只包含室外新风模式，必须保证L1=max{L1-F，L1-PM2.5}(其中L1-PM2.5为保证室内PM2.5浓度达标所需的净化新风量)才能同时满足换气要求和PM2.5净化需求。

对于C，D型新风机，包含室外新风和室内回风2种模式，为最大程度减少新风引入负荷，仅保证L1=L1-F，即室外新风满足标准中的通风需求，而由回风净化来去除PM2.5。

认真贯彻中央八项规定和水利部的实施办法。制定出台了长江委贯彻落实的具体规定，委党组带头落实规定要求，加强调查研究，精简会议文件，压缩“三公”经费等。积极落实水利部预算管理“三项机制”，不断强化预算执行管理。

3.3.6 增加护理人员对实践的控制感 控制感是个体知觉到的改变事件的能力。目前，由于护理人员人手不足、相应设施配套不够、观念陈旧等原因，护理人员很难做好对本职工作的掌控，因此，保证充足的人力和物力，合适安排护理人员配置和排班，提供良好的医疗物资配备，将护理人员从非护理工作中解脱出来，尊重护理人员的专业性，鼓励护理人员参与医院事务管理，针对决定个人职业选择的主观和客观因素进行分析,并对其进行合理职业生涯规划，构建发展性、支持性、自主性的护理工作环境，强化护理人员对实践的控制能力。

3.1 北京地区工况设计计算

若该卧室位于北京，冬季时，针对重污染天气，参考GB/T 18801—2015《空气净化器》附录F[9]，取Cout=300 μg/m3；卧室在门窗关闭状态下换气次数为0.3 h-1[11]，细颗粒物的穿透系数PP=0.8[12]，假设新、回风侧的一次通过效率均为95%。

根据颗粒物在室内传输数学模型[13]，稳态条件下，可得L1-PM2.5=176 m3/h；当新风量L1=60 m3/h时，所需回风量L2=70 m3/h。

有没有其他路径可供选择？在此，笔者借鉴虚拟公共设施的理念，通过设立不进行管网资产重组的调控中心模式，实现天然气的统筹调运和管控，即“管道＋调控中心”，实现中国油气管网管理体制改革。

对于B，D型具有热回收模块的新风机，参照GB/T 21087—2007《空气-空气能量回收装置》[5]附录E可得其全热回收效率表达式：

设每100 m3/h风量所消耗功率为40 W，热回收模块每100 m3/h风量增加功耗10 W；设该地区引入负荷由电加热去除，则COP=1。

基于上述条件，可得4种类型新风机在北京地区获得相同净化效果时净化能效的数据对比，如表1所示。

 

表1 4种类型新风机在北京地区的净化能效

  

新风机L1/(m3/h)LP/(m3/h)L2/(m3/h)γeff/%CADR1/(m3/h)CADR2/(m3/h)Qe/WQa/Wη/(m3/(W·h))A型176.00100.5770.402493.630.04B型176.00158.0065100.57151.20872.770.10C型60.0070.0034.2866.5052.00850.100.11D型60.0054.0070.006534.2866.5079.60297.530.27

由表1可以看出，在上述工况条件下，ηD>ηC>ηB>ηA，D型新风机具有更好的净化能效，但是其值仅为0.27 m3/(W·h)，即单位能耗只能提供0.27 m3/h的洁净空气量，说明获得净化收益要付出的能耗代价较大。因此，在严寒期应结合气候状况、室内外污染水平合理权衡新风机净化与能耗问题。

3.2 广州地区工况设计计算

若该卧室位于广州，冬季时，参照某区监测数据[14]，选取Cout=120 μg/m3(中污染级别)，卧室在门窗紧闭条件下换气次数为0.5 h-1，细颗粒物的穿透系数PP=0.8[12]，新、回风侧的一次通过效率均为90%。

根据颗粒物在室内传输数学模型[13]，稳态条件下，对于A，B型新风机可得L1-PM2.5=76 m3/h；对于C，D型新风机，当新风量L1=60 m3/h时，所需回风量L2=12 m3/h。

参照GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[9]附录A，该工况下室外计算温度为13.9 ℃，相对湿度为70%，室内设计温度为20 ℃，相对湿度为40%[9]；设该地区新风引入负荷同样由电加热去除，则COP=1。

基于上述条件，可得4种类型新风机在广州地区获得相同净化效果时净化能效的数据对比，如表2所示。

 

表2 4种类型新风机在广州地区的净化能效

  

新风机L1/(m3/h)LP/(m3/h)L2/(m3/h)γeff/%CADR1/(m3/h)CADR2/(m3/h)Qe/WQa/Wη/(m3/(W·h))A型76.0049.9430.4041.830.87B型76.0068.406549.9464.6014.640.79C型60.0012.0039.4310.8028.8033.030.98D型60.0054.0012.006539.4310.8051.0011.560.97

由表2可以看出，在上述工况条件下，ηC>ηD>ηA>ηB，增加热回收模块的B，D型新风机反而不如A，C型新风机效果好，即增加热回收模块后取得的收益小于其阻力增加所付出的代价，该条件下采用热回收反而不合算。

上述2例表明，由于北京和广州地区差异造成工况条件的差异，不同类型新风机在不同工况条件下获得相同净化目标所对应的净化能效并不相同。说明当工况条件，如地区气象条件(室内外比焓差)、室外污染程度、运行条件等变化时，也会导致适用新风机类型的差异，而实际工况复杂多样，因此，进行新风机选型设计时，应该结合工况条件差异，充分考虑新风机适用范围问题。本文工作可为新风机选型设计提供性能评价的科学依据和方法参考。

4 结论

1) 提出了一种用于家用新风机净化能效评价的指标。指标中采用新风侧和回风侧两部分洁净空气量作为净化收益，避免了仅采用额定风量的不足；能源代价不仅考虑了设备自身消耗的电功率，还考虑了新风引入的潜在能耗。

2) 将该指标应用于北京和广州冬季设计工况条件下不同类型新风机的净化能效分析，结果表明，在不同气候条件、室内外污染等工况条件下，不同新风机应用场合有明显区别，实际应用中需根据实际工程情况进行全年分析以达到最佳的选型。该评价指标可为新风机产品选型提供方法参考，为新风机标准制订和工程推广提供依据。

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[4] 李睦. 我国室内空气净化及新风换气产品性能评价标准研究[D]. 北京：清华大学, 2014：64-70

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