建筑物內(nèi)部氣體的流動及污染物的傳遞是由于壓差的存在而使氣流經(jīng)過外墻的孔洞或不同區(qū)域的分隔間而引起的。壓差由以下因素造成：風(fēng)、熱浮力、機械通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的氣流。對于一幢建筑物來說，只要是知道氣體滲漏特性、通風(fēng)系統(tǒng)的氣流量、天氣情況、污染源強度，多區(qū)域氣流及污染物傳遞模型就能預(yù)計氣流、污染物在每一個區(qū)域的傳遞情況及污染物濃度水平。
多區(qū)域氣流及污染物擴散模型用于研究多層建筑物內(nèi)部氣體流動情況、預(yù)計氣流圖形及污染物濃度水平，評價不同情況下建筑物通風(fēng)系統(tǒng)的性能[1]。模型在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上得到一系列非線形方程[2]，每個節(jié)點上在New-Raphson 方程基礎(chǔ)上用迭代的方法求得壓力，再用這些壓力值在給定的滲漏值的基礎(chǔ)上計算穩(wěn)態(tài)的氣流量，最后再把氣流量、污染物強度用于其他的污染物傳遞機制中，通過它可以計算建筑物內(nèi)每個區(qū)域的污染物濃度。
本文的目的就是利用多區(qū)域模型來模擬高層建筑物內(nèi)污染物傳遞及氡氣擴散情況，從而分析高層建筑內(nèi)部的空氣品質(zhì)。
1 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型的建立
多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模擬把整個建筑物作為一個系統(tǒng),而其中的每個房間為一個控制體(或稱網(wǎng)絡(luò)節(jié)點),各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過各種空氣流通路徑相連,利用質(zhì)量、能量守恒等方程對整個建筑物的空氣流動、壓力分布和污染物的傳播情況進行研究。分析在不同的通風(fēng)條件下室內(nèi)污染物對人體的影響。區(qū)域模型使用的前提條件是：
1）各區(qū)域內(nèi)空氣混合均勻：將各區(qū)域分別視為單一的節(jié)點,區(qū)域內(nèi)溫度、壓力和污染物均勻一致。不考慮區(qū)域內(nèi)的局部影響。
2）滿足質(zhì)量守恒：在穩(wěn)態(tài)模擬過程中，每一個區(qū)域內(nèi)根據(jù)質(zhì)量平衡原理建立非線性代數(shù)方程,從而在多區(qū)域內(nèi)構(gòu)造非線性方程組,并最終求得各區(qū)域內(nèi)壓力和區(qū)域間流量。而在瞬態(tài)模擬中，由于區(qū)域的空氣密度、壓力或污染物的量產(chǎn)生變化致使總的質(zhì)量增加或降低，但嚴(yán)格地說,其瞬態(tài)模擬也是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流動，因為在模擬過程中認為區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量并不隨時間發(fā)生變化視為定值。
多區(qū)域模型是在質(zhì)量及能量守恒的基礎(chǔ)上來研究區(qū)域之間的壓力及氣流量的分布情況，從區(qū)域i 到區(qū)域j 的氣體流量為Fi.,j，它是沿氣流途徑的壓力差(ΔPi,j=Pj-Pi)的函數(shù)，壓力差的存在由濃度、高度、風(fēng)速及風(fēng)量的大小所造成的。
房間的污染物分布是一個復(fù)雜的過程，主要取決于氣流性質(zhì)、傳熱、通風(fēng)換氣、空調(diào)系統(tǒng)、流體的流入和流出、化學(xué)反應(yīng)以及吸附沉降等的影響。我們可以選擇一個房間、房間的一部分或多個房間作為一個區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的溫度保持一致，污染物在區(qū)域i 的質(zhì)量為：
mαi=miCαi （1）
式中：mi——區(qū)域的空氣質(zhì)量
Cαi——污染物的質(zhì)量百分比
假定該區(qū)域的通風(fēng)效果很好，因此區(qū)域內(nèi)的污染物濃度一致，且房間的污染物的濃度很低，不足以改變室內(nèi)空氣中的污染物混合濃度。
污染物方程：
式中 Rai 一—排出系數(shù) Rai Cai——污染物排出量
Fij——從i 到j(luò) 的氣流量 ΣjFijCaj——從區(qū)域內(nèi)流出污染物的量
ηαji——從區(qū)域j 到i 的過濾效率 Gαi——污染物產(chǎn)生量
Σj(1-ηαji)FjiCαj——進入的氣流量
miΣβKαβCβi——與其他污染物Cβi 一次化學(xué)反應(yīng)量
上述微分方程也可以寫成差分形式：
上述方程存在兩方面的局限，第一：所研究區(qū)域的氣體滿足質(zhì)量守恒，這是建立在區(qū)域溫度不變和污染物質(zhì)量濃度很低的基礎(chǔ)上。第二：由于使用的是線性分析的方法限定了各種動力學(xué)模型的建立。
多年來，為了進行污染物的分析，人們一直致力于研究室內(nèi)氣體流動的情況，已發(fā)表了多篇針對多區(qū)域氣體流動的計算程序[1]。而多區(qū)域模型中的氣流計算是在AIRNET[3] 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
從區(qū)域j 到i 的氣流量為Fj.i(kg/s)，沿空氣流通途徑的壓力降為Pj-Pi，通過房間過濾器的氣流量為f，
則有：Fj.i=f(Pj-Pi) （4）
空氣的質(zhì)量為mi(kg)，在區(qū)域中用理想氣體狀態(tài)方程表示為：
式中： Vi——區(qū)域的容積 Pi——區(qū)域的壓力 Ti——區(qū)域溫度
R——空氣的氣體常數(shù)R=287.055(J/kg.K)
對于瞬時解亦遵循質(zhì)量守恒：
式中： mi——區(qū)域中的空氣質(zhì)量 Fj.i——區(qū)域之間的氣流量（從j 到i 為正）
Fi——沒有氣體流動的情況下進入或排出區(qū)域的氣體量
假定準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件下Σj Fj.i=0，由于方程（4）中的函數(shù)可能是非線性的，因此可以使用New-Raphson方程通過一系列線性的迭代而解非線性方程，新的區(qū)域估計壓力為：
｛P｝*=｛P｝－｛C｝ (8)
式中：｛P｝——當(dāng)前估計壓力；
｛C｝——修正項的值可以由下式求得：
［J］｛C｝=｛B｝ (9)
式中：｛B｝——列向量 Bi=Σj Fj.i (10)
［J］—— N×N 矩陣 (11)
對線性方程（9）進行迭代求解，直到產(chǎn)生收斂值即求得壓力值，計算的過程中使用了高斯消元法和稀疏矩陣法，并采用了對稱的Jacobian 矩陣。
模擬中允許區(qū)域有已知和未知的壓力，在解系統(tǒng)方程和方程（9）時，區(qū)域的壓力保持不變，周圍或外界的壓力也是定值。
質(zhì)量守恒使New-Raphson 方程迭代產(chǎn)生收斂的解，如果針對當(dāng)前所有區(qū)域壓力ΣFj.i=0，則解是收斂的。當(dāng) 會使收斂更加迅速和準(zhǔn)確，ε的選取需要考慮計算流體的運用條件，如能量守恒。為了加速收斂的過程，常采用引入松弛因子ω的方法，方程（8）變換為：
｛P｝*=｛P｝－ω｛C｝ (12)
其中松弛因子ω=0.75 即能滿足要求，雖然此值實際上并不是值，但是效果卻很好。
滿足質(zhì)量守恒的各區(qū)域的線性方程用如下形式表示為：
［A］｛P｝=｛B｝ (13)
式中：［A］與方程（9）中的［J］同樣都是稀疏矩陣
當(dāng)解一系列相似的問題或連續(xù)的穩(wěn)態(tài)后出現(xiàn)瞬時變化時，用前一個解的值作為下一個的初始值。
2 區(qū)域模型進行污染物擴散研究實例
2.1 固定污染源的模擬
一幢高層的住宅樓包括一個地下室，水平方向為30×22.5 米，每層高度為2.5 米，地下室高2 米。
建筑物每層有四個房間（一邊兩間），中間有中央大廳，大廳的盡頭是樓梯井和電梯井，樓梯井和電梯井從地下室到頂水平面積為2.5m×5m，大廳為26m×2.5m。地下室除了樓梯和電梯的外墻沒有內(nèi)部分隔，關(guān)閉所有的大廳到房間、地下室到樓梯或電梯的門。豎井被模擬為單層垂直區(qū)域。
建筑物的主要滲透面積：
外墻 3.0cm2/m2 ，入口門58 cm2 ，房間門 75 cm2，房間窗戶 7.5 cm2，內(nèi)墻 2.0 cm2/m2，內(nèi)部樓層0.5 cm2/m2 ，電梯及樓梯門150 cm2
所有的滲透值建立在參考壓力為4Pa、擴散系數(shù)為1.0 的基礎(chǔ)上，且所有的滲透途徑的壓力冪指數(shù)為0.6。假定室內(nèi)溫度為22℃，送風(fēng)溫度為15℃。表1 列出了室外溫度及風(fēng)況。室外進氣量占整個送風(fēng)量的25%（82.4m3/s），室外氣體交換量為0.94ACH。
假定樓內(nèi)具有持續(xù)的污染源，最初的測量濃度為0%。圖2、3 所示污染物冬、夏濃度變化情況（這里采用了切斷污染源部分的回風(fēng)）。可以看出，對于所有的高于或低于NPP（中性壓力面 neutralpressure plane，即室內(nèi)外壓力相等的表面）的樓面來說，冬季打開位于污染區(qū)背風(fēng)面的窗戶是很有效的降低污染物濃度的方法。當(dāng)樓層低于NPP 時，如圖2（a）所示，由于煙囪作用、HVAC 系統(tǒng)的送風(fēng)及風(fēng)況的影響，樓層背壓面的復(fù)合壓差為負值，因此當(dāng)窗戶打開時，能夠有效的阻止污染物的進入，而打開迎風(fēng)面窗戶會使房間內(nèi)的污染物濃度增高。但是當(dāng)樓層高于NPP 時如圖2（b），這種現(xiàn)象幾乎不存在，這是因為煙囪效應(yīng)及風(fēng)的影響所造成的。
夏季，打開背風(fēng)面窗戶仍不失為一種有效的方法。從圖3（a）可以看出，當(dāng)樓層NPP 以下時，夏季開啟背風(fēng)面窗戶的效果與冬季幾乎相同；當(dāng)樓層在NPP 以上時，如圖3（b），由于樓層的背風(fēng)面的復(fù)合壓差有時為正值，從而導(dǎo)致了通過窗戶有兩路氣流：從上部進入的氣流及從下部流出氣流，因此當(dāng)窗戶打開時污染物會進入房間。從圖中也可以看出，夏季的污染物濃度大于冬季。
2.2 室內(nèi)氡氣擴散的模擬研究
還是利用上例中的大廈模型，在這里我們研究氡氣的進入和傳遞，為了模擬大廈內(nèi)氡氣的進入，在基礎(chǔ)部分使用氡氣發(fā)生源模型，模型假定氡氣的產(chǎn)生量與地下室和室外的壓力差有關(guān)，即氡氣的進入量等于氡氣系數(shù)乘以壓力差n 次冪，地下室的氡氣系數(shù)假定為0.02Bq/s.Pa/m2，壓力的冪指數(shù)假定為1.0。氡氣發(fā)生源模型也需要一個地下室內(nèi)通過土壤和室外的氣流途徑的氣體滲透系數(shù)。模擬中：參考壓力為4Pa，地下室滲透區(qū)域為0.0085 cm2/m2，壓力冪指數(shù)為1.0。
進行的模擬在建筑物最底層區(qū)域增加了所謂的土壤層區(qū)域。土壤區(qū)與最底層的連接有最小的氣流阻力，與外界的連接的阻力為地下室的面積乘以0.0085 cm2/m2，所有模擬過程中室外的氡氣濃度假定為10Bq/m3。建筑物內(nèi)穩(wěn)態(tài)區(qū)域的氡氣濃度是根據(jù)給定的氣象條件和通風(fēng)系統(tǒng)的氣流量所計算的氣流量的基礎(chǔ)上得出的。
室內(nèi)外的溫差從-10℃~30℃變化時，氡氣的平均濃度在地下室、第2 層和頂層的變化情況。從中可以看出，當(dāng)溫差小于或等于0℃時，沒有氡氣從土壤進入地下室。當(dāng)溫差為正值時，地下室的壓力下降，氡氣的濃度逐漸增加，隨著溫差的進一步增大氡氣的濃度不斷上升，這主要是由于煙囪效應(yīng)所造成。頂層及整幢建筑的氡氣平均濃度都相應(yīng)的增大。但是第2層內(nèi)的氡氣濃度并沒有增加。這是因為從地下室或更低層來的煙囪驅(qū)動氣流直接進入了電梯井或樓梯井，通過它們把氡氣帶入了更高的樓層。第2 層內(nèi)氡氣的濃度在溫差為-10℃時，略大于室外濃度10Bq/m3，而當(dāng)溫差為正時卻略低于10Bq/m3，這是由于溫差不同時，室內(nèi)外氣體密度不同所造成的
當(dāng)室外風(fēng)速為0，排氣扇氣流量為47L/S 時，氡氣的濃度隨室內(nèi)外溫差變化的情況。從圖中可以看出當(dāng)溫差為負值時，沒有氡氣從土壤進入建筑物內(nèi)，當(dāng)溫差為正值時，地下室的壓力下降，隨著溫差的進一步增大氡氣的濃度不斷上升，這主要是由于煙囪效應(yīng)所造成。頂層及整幢建筑的氡氣平均濃度都相應(yīng)的增大。但是無論溫差怎么變化，2 層內(nèi)的氡氣濃度均變化不大，這主要是因為煙囪驅(qū)動氣流的作用。比較圖4 和圖5 可以看出：若房間裝有排氣扇，則氡氣的進入量比沒有排氣扇時高，但是由于排氣扇的操作相應(yīng)的增加了室外氣體交換量，因此建筑物中總的氡氣的濃度反而會下降。
3 結(jié)論
本文通過采用多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型來研究大廈內(nèi)污染物在冬季、夏季的濃度變化情況及室內(nèi)外溫差、機械排風(fēng)對氡氣產(chǎn)生量的影響得出：建筑物中，使污染物最小化而采用的措施與不同的通風(fēng)方案及所研究區(qū)域的位置有關(guān)，結(jié)果表明采用下列方法可以阻止污染物的擴散：
1.關(guān)閉污染源部分的回風(fēng)，如果可能的話，關(guān)閉其送風(fēng)。
2.冬季，打開背風(fēng)面通往外界的窗戶對降低所有的樓層污染物濃度都有用。夏季，這種方法只適用于低于NPP 的樓層，高于NPP 的樓層則仍會受到影響。
3.當(dāng)室內(nèi)外溫差增大時，靠近地下室樓層中氡氣的濃度不變，，而頂層樓內(nèi)的氡氣濃度不斷上升，可以采用機械排風(fēng)降低氡氣的濃度。
多區(qū)域氣流及污染物擴散模型用于研究多層建筑物內(nèi)部氣體流動情況、預(yù)計氣流圖形及污染物濃度水平，評價不同情況下建筑物通風(fēng)系統(tǒng)的性能[1]。模型在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上得到一系列非線形方程[2]，每個節(jié)點上在New-Raphson 方程基礎(chǔ)上用迭代的方法求得壓力，再用這些壓力值在給定的滲漏值的基礎(chǔ)上計算穩(wěn)態(tài)的氣流量，最后再把氣流量、污染物強度用于其他的污染物傳遞機制中，通過它可以計算建筑物內(nèi)每個區(qū)域的污染物濃度。
本文的目的就是利用多區(qū)域模型來模擬高層建筑物內(nèi)污染物傳遞及氡氣擴散情況，從而分析高層建筑內(nèi)部的空氣品質(zhì)。
1 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型的建立
多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模擬把整個建筑物作為一個系統(tǒng),而其中的每個房間為一個控制體(或稱網(wǎng)絡(luò)節(jié)點),各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過各種空氣流通路徑相連,利用質(zhì)量、能量守恒等方程對整個建筑物的空氣流動、壓力分布和污染物的傳播情況進行研究。分析在不同的通風(fēng)條件下室內(nèi)污染物對人體的影響。區(qū)域模型使用的前提條件是：
1）各區(qū)域內(nèi)空氣混合均勻：將各區(qū)域分別視為單一的節(jié)點,區(qū)域內(nèi)溫度、壓力和污染物均勻一致。不考慮區(qū)域內(nèi)的局部影響。
2）滿足質(zhì)量守恒：在穩(wěn)態(tài)模擬過程中，每一個區(qū)域內(nèi)根據(jù)質(zhì)量平衡原理建立非線性代數(shù)方程,從而在多區(qū)域內(nèi)構(gòu)造非線性方程組,并最終求得各區(qū)域內(nèi)壓力和區(qū)域間流量。而在瞬態(tài)模擬中，由于區(qū)域的空氣密度、壓力或污染物的量產(chǎn)生變化致使總的質(zhì)量增加或降低，但嚴(yán)格地說,其瞬態(tài)模擬也是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流動，因為在模擬過程中認為區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量并不隨時間發(fā)生變化視為定值。
多區(qū)域模型是在質(zhì)量及能量守恒的基礎(chǔ)上來研究區(qū)域之間的壓力及氣流量的分布情況，從區(qū)域i 到區(qū)域j 的氣體流量為Fi.,j，它是沿氣流途徑的壓力差(ΔPi,j=Pj-Pi)的函數(shù)，壓力差的存在由濃度、高度、風(fēng)速及風(fēng)量的大小所造成的。
房間的污染物分布是一個復(fù)雜的過程，主要取決于氣流性質(zhì)、傳熱、通風(fēng)換氣、空調(diào)系統(tǒng)、流體的流入和流出、化學(xué)反應(yīng)以及吸附沉降等的影響。我們可以選擇一個房間、房間的一部分或多個房間作為一個區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的溫度保持一致，污染物在區(qū)域i 的質(zhì)量為：
mαi=miCαi （1）
式中：mi——區(qū)域的空氣質(zhì)量
Cαi——污染物的質(zhì)量百分比
假定該區(qū)域的通風(fēng)效果很好，因此區(qū)域內(nèi)的污染物濃度一致，且房間的污染物的濃度很低，不足以改變室內(nèi)空氣中的污染物混合濃度。
污染物方程：
式中 Rai 一—排出系數(shù) Rai Cai——污染物排出量
Fij——從i 到j(luò) 的氣流量 ΣjFijCaj——從區(qū)域內(nèi)流出污染物的量
ηαji——從區(qū)域j 到i 的過濾效率 Gαi——污染物產(chǎn)生量
Σj(1-ηαji)FjiCαj——進入的氣流量
miΣβKαβCβi——與其他污染物Cβi 一次化學(xué)反應(yīng)量
上述微分方程也可以寫成差分形式：
上述方程存在兩方面的局限，第一：所研究區(qū)域的氣體滿足質(zhì)量守恒，這是建立在區(qū)域溫度不變和污染物質(zhì)量濃度很低的基礎(chǔ)上。第二：由于使用的是線性分析的方法限定了各種動力學(xué)模型的建立。
多年來，為了進行污染物的分析，人們一直致力于研究室內(nèi)氣體流動的情況，已發(fā)表了多篇針對多區(qū)域氣體流動的計算程序[1]。而多區(qū)域模型中的氣流計算是在AIRNET[3] 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
從區(qū)域j 到i 的氣流量為Fj.i(kg/s)，沿空氣流通途徑的壓力降為Pj-Pi，通過房間過濾器的氣流量為f，
則有：Fj.i=f(Pj-Pi) （4）
空氣的質(zhì)量為mi(kg)，在區(qū)域中用理想氣體狀態(tài)方程表示為：
式中： Vi——區(qū)域的容積 Pi——區(qū)域的壓力 Ti——區(qū)域溫度
R——空氣的氣體常數(shù)R=287.055(J/kg.K)
對于瞬時解亦遵循質(zhì)量守恒：
式中： mi——區(qū)域中的空氣質(zhì)量 Fj.i——區(qū)域之間的氣流量（從j 到i 為正）
Fi——沒有氣體流動的情況下進入或排出區(qū)域的氣體量
假定準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件下Σj Fj.i=0，由于方程（4）中的函數(shù)可能是非線性的，因此可以使用New-Raphson方程通過一系列線性的迭代而解非線性方程，新的區(qū)域估計壓力為：
｛P｝*=｛P｝－｛C｝ (8)
式中：｛P｝——當(dāng)前估計壓力；
｛C｝——修正項的值可以由下式求得：
［J］｛C｝=｛B｝ (9)
式中：｛B｝——列向量 Bi=Σj Fj.i (10)
［J］—— N×N 矩陣 (11)
對線性方程（9）進行迭代求解，直到產(chǎn)生收斂值即求得壓力值，計算的過程中使用了高斯消元法和稀疏矩陣法，并采用了對稱的Jacobian 矩陣。
模擬中允許區(qū)域有已知和未知的壓力，在解系統(tǒng)方程和方程（9）時，區(qū)域的壓力保持不變，周圍或外界的壓力也是定值。
質(zhì)量守恒使New-Raphson 方程迭代產(chǎn)生收斂的解，如果針對當(dāng)前所有區(qū)域壓力ΣFj.i=0，則解是收斂的。當(dāng) 會使收斂更加迅速和準(zhǔn)確，ε的選取需要考慮計算流體的運用條件，如能量守恒。為了加速收斂的過程，常采用引入松弛因子ω的方法，方程（8）變換為：
｛P｝*=｛P｝－ω｛C｝ (12)
其中松弛因子ω=0.75 即能滿足要求，雖然此值實際上并不是值，但是效果卻很好。
滿足質(zhì)量守恒的各區(qū)域的線性方程用如下形式表示為：
［A］｛P｝=｛B｝ (13)
式中：［A］與方程（9）中的［J］同樣都是稀疏矩陣
當(dāng)解一系列相似的問題或連續(xù)的穩(wěn)態(tài)后出現(xiàn)瞬時變化時，用前一個解的值作為下一個的初始值。
2 區(qū)域模型進行污染物擴散研究實例
2.1 固定污染源的模擬
一幢高層的住宅樓包括一個地下室，水平方向為30×22.5 米，每層高度為2.5 米，地下室高2 米。
建筑物每層有四個房間（一邊兩間），中間有中央大廳，大廳的盡頭是樓梯井和電梯井，樓梯井和電梯井從地下室到頂水平面積為2.5m×5m，大廳為26m×2.5m。地下室除了樓梯和電梯的外墻沒有內(nèi)部分隔，關(guān)閉所有的大廳到房間、地下室到樓梯或電梯的門。豎井被模擬為單層垂直區(qū)域。
建筑物的主要滲透面積：
外墻 3.0cm2/m2 ，入口門58 cm2 ，房間門 75 cm2，房間窗戶 7.5 cm2，內(nèi)墻 2.0 cm2/m2，內(nèi)部樓層0.5 cm2/m2 ，電梯及樓梯門150 cm2
所有的滲透值建立在參考壓力為4Pa、擴散系數(shù)為1.0 的基礎(chǔ)上，且所有的滲透途徑的壓力冪指數(shù)為0.6。假定室內(nèi)溫度為22℃，送風(fēng)溫度為15℃。表1 列出了室外溫度及風(fēng)況。室外進氣量占整個送風(fēng)量的25%（82.4m3/s），室外氣體交換量為0.94ACH。
假定樓內(nèi)具有持續(xù)的污染源，最初的測量濃度為0%。圖2、3 所示污染物冬、夏濃度變化情況（這里采用了切斷污染源部分的回風(fēng)）。可以看出，對于所有的高于或低于NPP（中性壓力面 neutralpressure plane，即室內(nèi)外壓力相等的表面）的樓面來說，冬季打開位于污染區(qū)背風(fēng)面的窗戶是很有效的降低污染物濃度的方法。當(dāng)樓層低于NPP 時，如圖2（a）所示，由于煙囪作用、HVAC 系統(tǒng)的送風(fēng)及風(fēng)況的影響，樓層背壓面的復(fù)合壓差為負值，因此當(dāng)窗戶打開時，能夠有效的阻止污染物的進入，而打開迎風(fēng)面窗戶會使房間內(nèi)的污染物濃度增高。但是當(dāng)樓層高于NPP 時如圖2（b），這種現(xiàn)象幾乎不存在，這是因為煙囪效應(yīng)及風(fēng)的影響所造成的。
夏季，打開背風(fēng)面窗戶仍不失為一種有效的方法。從圖3（a）可以看出，當(dāng)樓層NPP 以下時，夏季開啟背風(fēng)面窗戶的效果與冬季幾乎相同；當(dāng)樓層在NPP 以上時，如圖3（b），由于樓層的背風(fēng)面的復(fù)合壓差有時為正值，從而導(dǎo)致了通過窗戶有兩路氣流：從上部進入的氣流及從下部流出氣流，因此當(dāng)窗戶打開時污染物會進入房間。從圖中也可以看出，夏季的污染物濃度大于冬季。
2.2 室內(nèi)氡氣擴散的模擬研究
還是利用上例中的大廈模型，在這里我們研究氡氣的進入和傳遞，為了模擬大廈內(nèi)氡氣的進入，在基礎(chǔ)部分使用氡氣發(fā)生源模型，模型假定氡氣的產(chǎn)生量與地下室和室外的壓力差有關(guān)，即氡氣的進入量等于氡氣系數(shù)乘以壓力差n 次冪，地下室的氡氣系數(shù)假定為0.02Bq/s.Pa/m2，壓力的冪指數(shù)假定為1.0。氡氣發(fā)生源模型也需要一個地下室內(nèi)通過土壤和室外的氣流途徑的氣體滲透系數(shù)。模擬中：參考壓力為4Pa，地下室滲透區(qū)域為0.0085 cm2/m2，壓力冪指數(shù)為1.0。
進行的模擬在建筑物最底層區(qū)域增加了所謂的土壤層區(qū)域。土壤區(qū)與最底層的連接有最小的氣流阻力，與外界的連接的阻力為地下室的面積乘以0.0085 cm2/m2，所有模擬過程中室外的氡氣濃度假定為10Bq/m3。建筑物內(nèi)穩(wěn)態(tài)區(qū)域的氡氣濃度是根據(jù)給定的氣象條件和通風(fēng)系統(tǒng)的氣流量所計算的氣流量的基礎(chǔ)上得出的。
室內(nèi)外的溫差從-10℃~30℃變化時，氡氣的平均濃度在地下室、第2 層和頂層的變化情況。從中可以看出，當(dāng)溫差小于或等于0℃時，沒有氡氣從土壤進入地下室。當(dāng)溫差為正值時，地下室的壓力下降，氡氣的濃度逐漸增加，隨著溫差的進一步增大氡氣的濃度不斷上升，這主要是由于煙囪效應(yīng)所造成。頂層及整幢建筑的氡氣平均濃度都相應(yīng)的增大。但是第2層內(nèi)的氡氣濃度并沒有增加。這是因為從地下室或更低層來的煙囪驅(qū)動氣流直接進入了電梯井或樓梯井，通過它們把氡氣帶入了更高的樓層。第2 層內(nèi)氡氣的濃度在溫差為-10℃時，略大于室外濃度10Bq/m3，而當(dāng)溫差為正時卻略低于10Bq/m3，這是由于溫差不同時，室內(nèi)外氣體密度不同所造成的
當(dāng)室外風(fēng)速為0，排氣扇氣流量為47L/S 時，氡氣的濃度隨室內(nèi)外溫差變化的情況。從圖中可以看出當(dāng)溫差為負值時，沒有氡氣從土壤進入建筑物內(nèi)，當(dāng)溫差為正值時，地下室的壓力下降，隨著溫差的進一步增大氡氣的濃度不斷上升，這主要是由于煙囪效應(yīng)所造成。頂層及整幢建筑的氡氣平均濃度都相應(yīng)的增大。但是無論溫差怎么變化，2 層內(nèi)的氡氣濃度均變化不大，這主要是因為煙囪驅(qū)動氣流的作用。比較圖4 和圖5 可以看出：若房間裝有排氣扇，則氡氣的進入量比沒有排氣扇時高，但是由于排氣扇的操作相應(yīng)的增加了室外氣體交換量，因此建筑物中總的氡氣的濃度反而會下降。
3 結(jié)論
本文通過采用多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型來研究大廈內(nèi)污染物在冬季、夏季的濃度變化情況及室內(nèi)外溫差、機械排風(fēng)對氡氣產(chǎn)生量的影響得出：建筑物中，使污染物最小化而采用的措施與不同的通風(fēng)方案及所研究區(qū)域的位置有關(guān)，結(jié)果表明采用下列方法可以阻止污染物的擴散：
1.關(guān)閉污染源部分的回風(fēng)，如果可能的話，關(guān)閉其送風(fēng)。
2.冬季，打開背風(fēng)面通往外界的窗戶對降低所有的樓層污染物濃度都有用。夏季，這種方法只適用于低于NPP 的樓層，高于NPP 的樓層則仍會受到影響。
3.當(dāng)室內(nèi)外溫差增大時，靠近地下室樓層中氡氣的濃度不變，，而頂層樓內(nèi)的氡氣濃度不斷上升，可以采用機械排風(fēng)降低氡氣的濃度。