陳思涵 王 瑜 吳喜貞

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

1 概述

改革開放以來(lái)，城鄉(xiāng)建設(shè)行業(yè)發(fā)展飛快，除新建工程外，改建、擴(kuò)建工程也很多。由于辦公條件的改善或因建筑功能的改變而增設(shè)的衛(wèi)生間都涉及到排氣問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，有關(guān)專家學(xué)者主要對(duì)機(jī)械排風(fēng)方法進(jìn)行研究，總結(jié)出機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)雖然一次性投資較大,但它能適應(yīng)復(fù)雜多變的建筑布局,不受建筑布局和室外氣候限制，也不影響其它設(shè)施的正常使用，通風(fēng)效果比較理想。

國(guó)外有醫(yī)學(xué)專家甚至認(rèn)為，密閉的衛(wèi)生間是最容易讓人患癌癥的地方。衛(wèi)生間內(nèi)良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)，可以稀釋室內(nèi)的污濁空氣濃度，保持室內(nèi)空氣清新，也能避免其他房間得空氣受到影響。因此，了解并改善衛(wèi)生間的通風(fēng)狀況有著重要的意義。大量試驗(yàn)研究表明，公共建筑衛(wèi)生間通風(fēng)設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)使用頻率、溫度、排風(fēng)口布置及通風(fēng)控制策略等進(jìn)行考慮，才能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。最后得出公共建筑衛(wèi)生間機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題：要選用低噪聲、耐腐蝕的排風(fēng)機(jī)，進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)管材要求防銹耐腐；當(dāng)同一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)有多個(gè)排氣扇時(shí)，在排風(fēng)支管上設(shè)止回閥，或者選擇自帶止回功能的排風(fēng)扇以防止空氣回流；排風(fēng)總管人管井處設(shè)70°C 防火閥；北方地區(qū)或者濕度較大的衛(wèi)生間排風(fēng)管道要有一定坡度坡向排風(fēng)管井，并設(shè)計(jì)外保溫墻；盡量采用鐵皮風(fēng)道，禁止采用土建風(fēng)道。

基于這些研究，我們逐漸把目光集中于學(xué)生宿舍樓。在我國(guó)大陸地區(qū), 幾乎所有的中學(xué)和大學(xué)里帶衛(wèi)生間的宿舍都是將衛(wèi)生間設(shè)計(jì)在朝窗戶側(cè)。學(xué)生宿舍作為學(xué)生較長(zhǎng)時(shí)間待的地方,其空氣狀況對(duì)學(xué)生的健康狀況起著非常重要的作用。目前有的學(xué)生宿舍和部分公寓樓衛(wèi)生間由于條件限制沒(méi)有安置在負(fù)壓側(cè)，導(dǎo)致通風(fēng)不暢氣味串聯(lián)。衛(wèi)生間是室內(nèi)最易有衛(wèi)生狀況的地方，由于廁所、排水管道及地漏的某些狀況，導(dǎo)致氣味無(wú)法快速排出室內(nèi)，散發(fā)出氨氣、硫化氫等對(duì)人體健康有害的氣體。眾所周知，氨氣為無(wú)色有刺激性惡臭的氣味，會(huì)對(duì)皮膚、呼吸道和眼睛造成傷害，硫化氫有劇毒，對(duì)學(xué)生的健康狀況有一定的影響。本文為解決宿舍樓內(nèi)衛(wèi)生間氣味串聯(lián)問(wèn)題，利用CAD 建模、Fluent 室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)模擬，對(duì)衛(wèi)生間的氣流進(jìn)行模擬，整合信息并對(duì)其優(yōu)化以達(dá)到解決衛(wèi)生間氣味串聯(lián)的目的。

2 研究過(guò)程

2.1 研究對(duì)象確定

2.1.1 調(diào)查問(wèn)卷

我們制作網(wǎng)上調(diào)查問(wèn)卷，共有410 人參與調(diào)查，只有12%的人認(rèn)為廁所基本沒(méi)有異味，且大多數(shù)人是在宿舍樓里聞到異味。衛(wèi)生間的狀況也是同學(xué)們切身經(jīng)歷過(guò)的，所以我們調(diào)查是具有真實(shí)性和實(shí)際參考價(jià)值的。

2.1.2 實(shí)地考察

我們實(shí)地測(cè)量了江蘇大學(xué)校內(nèi)具有代表性的樓棟內(nèi)衛(wèi)生間：A 區(qū)、B 區(qū)、三山樓，其中，A 區(qū)、B 區(qū)為宿舍樓，三山樓為教學(xué)樓。利用測(cè)距儀測(cè)量并形成了這三處的平面圖以及三維圖。

A 區(qū)為老一區(qū)，住宿環(huán)境較差，衛(wèi)生間為旱廁，沖水裝置為手動(dòng)式水箱中放水，水的沖擊力不強(qiáng)，且水流經(jīng)過(guò)路徑約為5.4 米，造成一些排泄物不能及時(shí)沖刷干凈，在旱廁中滯留，產(chǎn)生氨氣等有害氣體。而且衛(wèi)生間無(wú)排風(fēng)裝置，僅有一扇窗戶，只能通過(guò)自然通風(fēng)來(lái)進(jìn)行散味。同時(shí)，該衛(wèi)生間沒(méi)有安裝在負(fù)壓側(cè)，一旦外界風(fēng)力處于低速時(shí)會(huì)造成氣味串聯(lián)，整個(gè)樓道都充斥著有害氣體。

B 區(qū)為新一區(qū)宿舍樓，衛(wèi)生間為帶有沖水裝置的蹲坑，不會(huì)造成排泄物堆積的狀況。雖然僅有一扇窗戶，但通風(fēng)狀況良好。

三山樓是一棟教學(xué)樓，為了給學(xué)生提供便利，衛(wèi)生間設(shè)有兩排廁所，均為附有沖水裝置的蹲坑。雖然僅有一扇窗戶，但窗戶位于與河邊相隔的馬路對(duì)面，通風(fēng)狀況良好，氣體可以有效排放。經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)A 區(qū)宿舍樓衛(wèi)生間通風(fēng)狀況是最差的，故選取A 區(qū)衛(wèi)生間為主要研究對(duì)象。

2.2 研究原因及目的

衛(wèi)生間是室內(nèi)必不可少的一種空間布局。通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷和親身經(jīng)歷，能得到結(jié)論：衛(wèi)生間的氣體的確對(duì)學(xué)上的生活產(chǎn)生了一定程度的影響。衛(wèi)生間的主要有害氣體是氨氣和硫化氫，低濃度的硫化氫對(duì)眼、呼吸系統(tǒng)及中樞神經(jīng)有影響，而吸入少量高濃度的硫化氫可于短時(shí)間內(nèi)致命。氨氣可能會(huì)使人呼吸不暢，不利于思考和記憶，對(duì)免疫力差的人更會(huì)產(chǎn)生巨大危害。為了學(xué)生的健康，以及為學(xué)生提供良好的住宿環(huán)境，我們對(duì)衛(wèi)生間的通風(fēng)排氣方式設(shè)置進(jìn)行研究。我們簡(jiǎn)單確定了衛(wèi)生間氣味指數(shù)的等級(jí)，進(jìn)而更好地優(yōu)化管道及排風(fēng)裝置的設(shè)置。下表是我們查閱資料得知衛(wèi)生間氣味指數(shù)等級(jí)。（見表1）

表1 衛(wèi)生間氣味指數(shù)等級(jí)

根據(jù)前期問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，參與調(diào)查的同學(xué)中52%的同學(xué)認(rèn)為衛(wèi)生間氣味指數(shù)等級(jí)達(dá)到三級(jí)，因此我們將以設(shè)計(jì)衛(wèi)生間通風(fēng)方式和排氣扇設(shè)置為目標(biāo)，解決由于衛(wèi)生間異味以及有害氣體無(wú)法排除而導(dǎo)致的對(duì)人體產(chǎn)生不利影響的問(wèn)題，重點(diǎn)研究衛(wèi)生間通風(fēng)口的設(shè)置、強(qiáng)制氣流流動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)狀態(tài)下衛(wèi)生間內(nèi)空氣流動(dòng)的分析。

2.3 常見的通風(fēng)方法分析

自然通風(fēng)是利用自然風(fēng)壓、熱壓、空氣溫差、空氣密度差等依靠室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓以及室內(nèi)空氣溫度造成的熱壓對(duì)室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)的方式，即被動(dòng)通風(fēng)?，F(xiàn)在的住宅中有外窗的衛(wèi)生間大多數(shù)都是利用自然通風(fēng)來(lái)解決排除異味、引進(jìn)室外空氣等需求，是最節(jié)能環(huán)保的一種通風(fēng)方式。然而風(fēng)壓受到天氣、周圍環(huán)境、建筑物設(shè)計(jì)、室外風(fēng)向等因素的影響，風(fēng)壓與熱壓共同作用時(shí)，其共同作用可能會(huì)相互抵消。因此，利用外窗來(lái)進(jìn)行衛(wèi)生間自然通風(fēng)的方式雖然簡(jiǎn)便，但不能隨時(shí)滿足衛(wèi)生間的需求。

機(jī)械通風(fēng)主要是靠風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)的動(dòng)力，利用機(jī)械設(shè)備使室外空氣不斷地進(jìn)入室內(nèi),沿著預(yù)定路線流動(dòng),將室內(nèi)污染物濃度稀釋到一個(gè)低水平后排出。機(jī)械通風(fēng)的排氣扇可以設(shè)置在吊頂處，也可以設(shè)置在側(cè)墻處。機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)一般是由吊頂排氣扇、風(fēng)機(jī)、支管、主風(fēng)管、閥門等組成。這種系統(tǒng)效率高，能適應(yīng)復(fù)雜多變的建筑布局，不受室外氣候影響，但是一次性投資大。

混合通風(fēng)是自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)相結(jié)合。我們認(rèn)為這是最理想的通風(fēng)方式。在有外窗的衛(wèi)生間安裝簡(jiǎn)單的機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，可以滿足不同天氣狀況下良好的通風(fēng)效果，經(jīng)濟(jì)有效。

考慮到A 區(qū)衛(wèi)生間的實(shí)際情況，我們知道，每個(gè)衛(wèi)生間都設(shè)置有外窗，是直接與外界環(huán)境相接觸的。但顯然，光有外窗是很難將異味排出，主要是因?yàn)楹芏嘈l(wèi)生間由于條件限制，沒(méi)有安置在負(fù)壓側(cè)，導(dǎo)致通風(fēng)不暢氣味串聯(lián)，而混合氣體通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)作用產(chǎn)生對(duì)人體有害的氨氣、硫化氫等有害氣體，對(duì)人體產(chǎn)生危害。故我們確定最終的通風(fēng)方式為混合通風(fēng)。在原有自然通風(fēng)的基礎(chǔ)上設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。

2.4 風(fēng)場(chǎng)模擬以及排風(fēng)設(shè)置

為了確定排氣扇的安裝位置，我們利用fluent 軟件進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)分析，主要分析無(wú)排氣扇以及將排氣扇安裝在不同位置情況下空氣氣流流速以及其對(duì)空氣污染物排出的影響。我們將排氣扇設(shè)置在窗對(duì)面、與門同側(cè)以及門對(duì)面，計(jì)算模型參數(shù)為：窗內(nèi)外壓差1.5Pa，環(huán)境壓力101325Pa，隔間高度1.6m，窗臺(tái)高度1m，排氣扇流量9.5m3/min，排氣扇高度2.5m 且與兩墻之間距離相等，空氣由窗戶進(jìn)入，在壓差作用下從門及排氣扇流出。

2.4.1 無(wú)排氣扇

在無(wú)排氣扇的情況下，在窗戶對(duì)面上方空間存在一個(gè)低速區(qū)?？臻g大部分區(qū)域幾乎沒(méi)有壓力梯度，氣體流通性極差，導(dǎo)致氣味聚集不易消耗掉。另外，氣流從門排出去也會(huì)導(dǎo)致氣味串聯(lián)。因此有必要安裝排氣扇，既有利于空氣流通，又有助于將氣味收集排出不亂竄。（見圖1、2）

圖1 無(wú)排氣扇計(jì)算模型

圖2

2.4.2 排氣扇在窗對(duì)面

在窗戶對(duì)面安裝一個(gè)排氣扇后，衛(wèi)生間上方的低速區(qū)范圍明顯變小，氣流有序地從門以排氣扇排出，隔間處氣流的流通效果有所改善但流速較低。（見圖3）

圖3

2.4.3 排氣扇在門側(cè)

把排氣扇安裝在門一側(cè)的墻上，可以發(fā)現(xiàn)衛(wèi)生間內(nèi)靠近門一側(cè)的一半空間氣流流速較大，隔間一側(cè)氣流流速較低。（見圖4）。

圖4

2.4.4 排氣扇在門對(duì)面

整體上沒(méi)有流速較低的區(qū)域，整個(gè)空間內(nèi)的氣流都流動(dòng)起來(lái)，特別是隔間附近的氣流，即氣味集中產(chǎn)生的區(qū)域，氣流可以及時(shí)有效地從排風(fēng)扇排。（見圖5）

圖5

綜上分析可以得出，我們對(duì)比了原始狀況與安裝排風(fēng)扇后的情況。在安裝排氣扇后衛(wèi)生間內(nèi)的氣流流通性明顯改善，低速區(qū)明顯變小，抑制了氣味的聚集，有利于污染物的排出。在對(duì)比將排氣扇安裝在不同位置的三種方案時(shí)，分析得出：將排風(fēng)扇安裝在隔間一側(cè)對(duì)于衛(wèi)生間空氣流通以及氣味的收集效果最好。

3 總結(jié)與建議

A 區(qū)宿舍衛(wèi)生間應(yīng)該在隔間一側(cè)安裝排氣扇，管道直接通到室外，不需要太復(fù)雜，從而達(dá)到減輕衛(wèi)生間異味的目標(biāo)。對(duì)于大多數(shù)衛(wèi)生間來(lái)說(shuō)，為了解決通風(fēng)問(wèn)題，盡量將衛(wèi)生間安裝在負(fù)壓側(cè)，防止氣味串聯(lián)，同時(shí)將排氣扇安裝在門對(duì)面可以促進(jìn)衛(wèi)生間整體空間空氣的流動(dòng)，使氣流有效地從排風(fēng)扇排出。當(dāng)然，排氣管道沿最短路徑進(jìn)行安裝，節(jié)省空間和人力物力，良好的宿舍環(huán)境是學(xué)生學(xué)習(xí)和生活的保證，衛(wèi)生間環(huán)境的改善會(huì)給學(xué)生的宿舍生活更好的體驗(yàn)。