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摘要：本文采用Fluent模拟软件，对酒店建筑客房在密闭情况下室内空气中甲醛浓度随时间累积的情况，并研究在开启空调系统后，甲醛浓度随空调运行时间减小的规律。研究结果表明，室内空气中的甲醛浓度随着客房密闭时间的增加而明显上升，但是在开启空调通风系统后，甲醛浓度会在极短的时间内降低。且回风口和角落处易发生污染物的聚集，应减少人员在这些区域的逗留。
关键词：酒店建筑；甲醛浓度；Fluent模拟
1引言
随着社会的不断进步和科技的飞速发展，人们的生活和工作的地点慢慢从室外转到室内。因此，室内空气质量的好坏与人们的身心健康有着十分密切的联系。长期生活在室内空气质量不良的环境里的人们，已被证实引起了日益严重的健康问题，该问题引起了专家的广泛关注并提出了“病态建筑”和“病态建筑综合征（SBS）”等概念[1]。研究分析表明，这主要是由于室内空气中的某些污染物的浓度过高造成的，而甲醛作为一种常见的室内空气污染物经常被提及。因此，室内污染物浓度的分布特征和变化规律的研究已成为现代室内环境研究的重大课题[2]。
随着CFD软件的日益成熟，采用CFD模拟计算的方法开始逐步应用到室内空气质量的相关研究当中。国外采用CFD技术对室内空气质量研究起步较早。例如：QChen、Yaghoubi等人采用k-e模型对几种常见的气流组织下的室内空气品质、热舒适性以及不同污染源和热源位置时的室内污染物浓度分布进行了研究分析，得到了不同情况下的室内污染物浓度的分布规律[3]。H.Leea等人通过数值模拟和实验的方法分析了上送风情况下室内不同布局以及不同污染源位置对室内空气污染物浓度分布的影响[4]。BaoqingDengab，ChangNyungKimc用fluent6模拟了五种不同的通风形式下，VOC的浓度变化[5]。国内相关的研究主要是从近十年开展起来的，例如：张军甫采用现场实测和数值模拟相结合的方法研究了不同气流组织形式对办公建筑室内空气品质的影响[6]。重庆大学的李百战教授和其学生聂成刚编写了建筑室内环境数值模拟程序，并通过与国外成熟软件Airpark的模拟结果进行对比，证实了该计算程序的正确性[7]。
以上的研究，多是采用稳态的模拟模型来进行模拟计算，对于室内空气中的污染物随时间累积变化的研究比较少，在空调工况下室内空气中的污染物随时间的变化的研究也比较少。因此，本文选取Fluent模拟软件中的三维非稳态模型对某一典型酒店建筑的客房进行模拟，分析研究在空调关闭和开启两种工况下，室内空气中的甲醛随时间的变化规律。
2酒店模型简介
本文研究对象是某项目的一个典型客房，该酒店客房的地板采用了木地板和地毯，墙面采用了壁纸和木板，而天花板则采用乳胶漆。为了计算简便，在保证计算精度的前提下，本文对模型进行了如下假设：
1、该酒店为新建酒店，故暂不考虑家具对于室内空气质量的影响，仅考虑地板、墙面和天花所用装修材料散发的甲醛对室内空气质量的影响。其中，所选的材料所散发的污染物均符合国家的相关标准。
2、甲醛的散发方式假设为体源散发。由于本文主要考虑的是室内空气中甲醛的浓度分布，而污染源内部和污染源表面的甲醛浓度分布并不是本文的研究重点，故本文将甲醛散发源简化成靠近装饰材料表面的空气薄层中存在甲醛散发源。其他不存在污染源的表面则假设为绝热边界。
3、连续性的介质。由分子运动论可知，气体分子的自由行程为10-11mm，这个数值与房间的特征长度L相比，其比值为高阶量小值，即1⁄L≪1，故可以认为房间内空气是连续介质。
4、不可压缩的空气。根据流体力学方面的知识，如果流体速度与声音速度相比达到足够小时，及马赫数M≪0.25时，可以忽略气体的压缩性，认为该气体是不可压缩的。室内房间的风速一般都远远低于声音的速度值。在此速度范围内，流场中压力和温度与自由流相比，数值变化很小，所以相应的密度变化就可以忽略了，可以认为空气是不可压缩的，其密度不变。
根据以上假设，得到如图2-1所示的模拟模型。
3.3壁面边界条件
本文中计算区域的固体壁面边界选择无滑移速度边界条件，对无污染物散发的壁面如玻璃幕墙面采取零污染物散发边界条件，即绝质边界条件。且不考虑避免对各种污染物的吸附作用。
3.4其他参数
本文计算选择的是fluent中的三维单精度非稳态模型，工作压力选择为1标准大气压（101325pa），重力加速度为9.8N/kg，工作温度为299.16K，即26℃。
4模拟结果和分析
本文模拟选择密闭（空调和通风系统关闭）和开启（空调和通风系统开启）两种工况。关闭和开启时间分别为12h。对于酒店客房的室内人员一般以卧床休息为主，故模拟选择Z=1.0m的平面作为监控对象。根据我国《民用建筑工程室内环境污染控制规范》中的相关规定，室内空气甲醛浓度限值为1小时均值不超过0.10mg/m³。对采用自然通风的民用建筑工程，室内污染物监测应在对外门窗关闭1h后进行，而对于采用集中空调的民用建筑工程，应在空调正常运转的条件下进行。本文选择以1h为间隔，分别模拟密闭和空调两种工况的室内空气甲醛的浓度分布情况。其中1h~12h内，酒店客房属于密闭状态，而13h~24h酒店客房属于开启状态。
4.1密闭工况下室内甲醛浓度分布模拟结果
如图4.1-1~图4.1-4所示，为酒店客房主卧在密闭工况下，1h、4h、8h和12h时的室内甲醛浓度分布模拟结果。
由以上的模拟结果可以看出，在Z=1.0m的截面上，随着密闭时间的增加，酒店客房室内的甲醛浓度是不断上升的。其中左上方的小空间是衣帽间，因空间较小，甲醛的浓度较大。而主卧的空间较大，且最下方是玻璃幕墙，不存在污染物散发，故除衣帽间以外的空间的甲醛浓度较低。浓度的分布呈现上高下低，从衣帽间往卧室空间扩散的分布趋势。
4.2开启工况下室内甲醛浓度分布模拟结果
如图4.2-1~图4.2-4所示，为酒店客房主卧在开启工况下，13h、16h、20h和24h时的室内甲醛浓度分布模拟结果。
由以上模拟结果可以看出，在Z=1.0m的截面上，当密闭12h后，开启酒店客房主卧的空调通风系统后，室内的甲醛浓度迅速降低。其中，从图可以看出，大约开启空调1小时后（即空调13h之后），室内甲醛的浓度分布比较均匀，且变化不大。左上角衣帽间的甲醛浓度较高，这是因为该处是新风的回风口，故污染物易在此处产生汇聚。
4.3结论和建议
根据以上的模拟结果，分别选取每小时的室内z=1.0m截面处和整个室内空间内的甲醛平均浓度进行分析，得到如下的变化曲线图。
观察客房的室内甲醛平均浓度的时间变化曲线，可以得到如下结论：
1、室内z=1.0m处截面的甲醛平均浓度与室内整个空间的甲醛平均浓度差别不大且变化趋势类似，这说明选择z=1.0m的截面来对室内甲醛浓度的变化和分布进行分析是具有代表性的，是可行的；
2、观察室内甲醛的平均浓度变化曲线可以发现，密闭1小时后，室内空气中甲醛的平均浓度约为0.075mg/m³，“室内甲醛1小时平均浓度≤0.10mg/m³的要求”。继续随着密闭时间增加，室内空气中甲醛的平均浓度呈直线升高趋势，在密闭2小时后，室内空气中甲醛的平均浓度约为0.15mg/m³，超过0.10mg/m³。当密闭12小时后，此时室内空气中甲醛的平均浓度高达约1.3mg/m³。
3、开启室内的空调通风系统后，室内空气中甲醛的平均浓度迅速降低，开启空调通风系统1小时（即13h时）后，室内空气中甲醛的平均浓度降低至约0.0065mg/m³，满足表6-1中“室内甲醛1小时平均浓度≤0.10mg/m³的要求”，2小时后降低至0.0052mg/m³，之后继续保持空调通风系统开启，室内空气中甲醛的平均浓度基本保持不变，这说明此时通风系统带走的室内空气中的甲醛基本与室内装饰材料散发的甲醛保持平衡；
根据以上的分析，对酒店建筑提出以下建议：
1、由模拟结果可以看出，回风口处和角落易发生甲醛的聚集，且一般都远高于其他空间处的污染物浓度。故建议在进行客房的床铺和座位布置时，尽量布置在远离回风口的地方。在靠近回风口的位置可以布置书柜等储物空间，这些空间人员不是长期逗留，可净量减少污染物对人员生活和工作的影响。
2、由模拟结果可以看出，当室内密闭时间过长时，有可能会造成室内甲醛浓度超过限值。故建议对于客房，建议在客人退房后可以采用开启外窗的可开启部分进行自然通风。当有客人入住时，则应一直保持室内新风系统的正常运行，以避免室内污染物超标。
参考文献：
[1]WHO.Indoorairpollutants：exposureandhealtheffects.EUROReportsandStudies78，WHO，Geneva，1983.
[2]李念平，汤广发，陈在康.室内空气环境的数值预测与模拟方法通风除尘[J]，1997，1：1-3.
[3]QChen，AMoser，PSuler.AnumericalStudyofIndoorAirQualityandThermalComfortUnderSixKindsofAirDiffusion.ASHRAETrans.1992：203-217
[4]H.Leea，H.B.Awbib.EffectofInternalPartitioningonIndoorAirQualityofRoomswithmixingVentilation-BasicStudy.BuildingandEnvironment.2004，（39）：127-141
[5]BaoqingDengab，ChangNyungKimc.CFDSimulationofVOCsConcentrationsinaResidentBuildingwithNewCarperunderdifferentVentilationStrategies.BuildingandEnvironment.2007，（42）：297-303
[6]张军甫.办公建筑室内空气品质测试与气流组织分析.[D]西安：西安建筑科技大学供热、供燃气、通风及空调工程专业，2012.
作者简介：王智（1988.12生），男，汉族，湖南省衡阳市，助理工程师，浙江大学硕士研究生学位，研究方向：建筑节能，工作单位：广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，职务：技术员
注：广东省绿色建筑培训展示基地（编号：2013A011404009）