单向流新风的进阶之路(上)

2020-06-21 22:18:53 50点赞 277收藏 62评论

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首发于公众号“抛小砖的格子铺”

今年年初写的一篇《全屋新风,我们应该如何规划》收到了不少好评,不少朋友也私下问我具体解决方案。我这篇文章,将总结我折腾单向流新风这一路走来的经验教训。希望给读到此文的你一定启发和思考。如果上一篇还没读过,建议先看之后再阅读此篇,因为所有理论推导本文不再复述,更多的侧重于实际操作和实践优化。

如果我的经验能让你更系统的思考家庭空气质量优化这个整体命题,减少装修过程中不必要的弯路,用相对合理的成本提升全家人的生活质量。那也就不负我写公众号的初衷:关注硬装品质,提升生活质量!

新风这篇文章我计划分上下部分写,第一篇关注新风主机的选择,毕竟这是整个新风系统的核心及引擎;第二篇关注气流规划和各种具体空气问题的解决之道,包括温度、湿度、异味等。


01

新风1.0:雾霾之下的简单尝试


那还是2017年,武汉的雾霾依然醇厚。而我的过敏性鼻炎也在雾霾的催化下反反复复。某天在什么值得买网站上看到一篇极低成本DIY新风的帖子:

工匠教你DIY空气净化器 篇五:阿山的屌风方案 堪称神作(附《柴》篇)接上篇《净化新风也可以DIY~~发烧友》由于缺乏图片的帖子无法过审核的原因,本篇实际上集成了目录当中的两篇,分别是《阿山的屌风方案堪称神作》以及《我如何评价柴静的雾霾调查》请大家不要单独问我要《柴》篇了,就在本篇后半段啊,睁开眼睛啊!阿山的屌风净化器方案相当不错,更方便改造成简易的净化新风,相见恨晚大话王诺兰度| 104 评论137 收藏546查看详情

抠门如我瞬间被打动,勾起了动手DIY的心思。毕竟成本一共才200元不到,买不了吃亏买不了上当。于是依葫芦画瓢买下配件diy了我的新风1.0版本。

新风1.0材料新风1.0材料

至于安装位置,开发商在客厅墙上高处预留了一个挂机空调安装孔,而实际客厅装了一台柜机空调在低处新开孔用于走铜管。所以这个上方的空调孔被装修师傅用腻子糊住了。轻松凿开后就是一个完美的送风孔,墙背面是建筑外墙,离厨房的窗户不算太远,于是买了75的PVC硬管将风口延长到厨房窗户附近好施工的地方,一通骚操作挂起了我的新风1.0 。

客厅送风口位置客厅送风口位置

其他的辅助操作主要是淘宝上购买了一系列密封条,对入户防盗门、厨房滑门、客厅滑门和阳台推拉窗进行了密封加强。

实际使用效果相较于投入而言是令人惊喜的:

1.从控制PM2.5的角度上来说,过滤精度是令人满意的,新风的出风口PM2.5为0,客厅的PM2.5可以轻松控制在个位数,夜间没人活动时候一般是0。

2.从控制二氧化碳的角度上来说,在人数不多的情况下(两人一狗)也能取得不错的效果,客厅关门窗开空调不再闷人,实测二氧化碳浓度长期700ppm以下。

单向流新风的进阶之路(上)


但是这第一次DIY也暴露出了一些问题,而这些问题正是让我深入理解新风需求并在后期加以改进的地方:

1.维护比较危险,因为设备在厨房窗外,操作换滤芯的时候半个身子在户外,说句实话虽然操作次数不多但是每次操作时候还是心惊胆战的,更何况diy的滤袋拆除和装上加密封全程需要手工diy,操作时间也需要最少十五分钟。

2.客厅二氧化碳浓度比较容易控制,但是晚上在卧室关着门睡觉的时候新风就管不到卧室了,一夜起来卧室内二氧化碳浓度还是有1500ppm以上,灌入客厅的新风更容易从卫生间泄露掉而不是进入卧室。所以后来就干脆开着卧室门睡觉,情况得到缓解。

3.噪音:因为新风风机是个二手翻新的EBM铁壳离心风机,虽然鼓风效率很高风量很大,但是轴承缺油、风扇动平衡失衡,风机本身“嘤嘤嘤”的噪音顺着管道进入室内,白天时候可能还无所谓,但是夜深人静时候就显得有些恼人了。

4.风向尴尬,出风口就在电视墙的左上方,气流直吹沙发这面墙,夏天时候还无所谓因为吹进来的热气上升不那么容易被感知。但是进入秋冬季节,坐在沙发上就能感觉到后脑勺一阵阵的阴风,实在有点难受。

冬季冷风吹沙发冬季冷风吹沙发

5.风量不好控制,因为是直流风机,所以简单切换不同电压的变压器就可实现不同风量送风,默认用的是9v变压器。但是家里来客人了需要大风量的时候还得手工更换为12v变压器,实在不太方便。

总的来说,这次DIY在极低的成本下实现了大部分的预期目标,虽然有各种各样的问题出现,但也为后续新风规划和DIY提供了极有价值的信息。



02


新风2.0:二次改造


有了第一次新风的安装经验,也发现了诸多使用中的问题和痛点,我开始了第二次升级改造。主要改造目标包括:

1.提升卧室二氧化碳压控制能力

2.提升风量控制的灵活度

3.提升维护便利性

为了解决卧室二氧化碳问题,那么新风显然最佳安装位置应该直接就在卧室,为了提升风量控制的灵活性,那么这个设备最好有无级变速功能提供足够多的档位可以微调,为了提升维护便利性,那么就要求这设备应该销量大,耗材便宜易得且安装方便。

这一次我选择了米皮的方案,也即用一个小米的空气净化器,直接对卧室送新风。取风口选择了主卧的飘窗,飘窗内侧原先定做了精钢纱窗,于是量好尺寸在淘宝定制了透明亚克力板+泡沫板直接覆盖固定在纱窗上,其中一块让商家开好100mm直径的通风孔,再加上米皮的新风改造配件,完成了这次的新风diy。

选取米皮的改造方案主要原因是因为设备本身不贵、风量可以在app里无极控制,耗材便宜易得且1分钟就能徒手更换,还能联动其他设备实现基于时间或者触发条件的自动化。最终的成品如下图:

单向流新风的进阶之路(上)

然而这个方案基本大体完成了这次改造的目标,但是也带来了新的问题。

首先,对于卧室二氧化碳控制而言,因为风量可控,确实可以根据实测情况调整一个最为合适的低风量就能压制室内二氧化碳浓度。

但是,小米空气净化器2这款设备的风扇类型是个轴流风扇,这种风扇有个缺点是风压比较低,作为空气净化器而言这种设计并没什么太大的毛病,但是接了管道当作新风使用的时候,则因为管道阻力增加的原因导致风量大为下降。那么为了补偿损失的风量,就必须提高风扇电机转速选择更高的档位,于是带来了更大的噪音。

单向流新风的进阶之路(上)


还是跟之前的1.0版本一样,这次遇到的一个重点问题仍旧是噪音,即使这次的设备是全新的,电机不会像1.0版本新风的电机那样因为自身问题发出嘤嘤嘤的金属摩擦音,但是高速旋转的扇叶搅动空气发出的嗡嗡嗡风噪依旧很恼人,更何况这次设备在卧室且离床头并不太远,虽然整体噪声比1.0有了长足进步,但是仍旧会在夜间造成困扰。

有人说这净化器有静音模式,是的,静音模式确实很安静,但是风量完全不足以压制两个成年人产生的二氧化碳,那么夜里就面临着两难的选择,也即开静音模式,卧室的二氧化碳浓度依然会上升到1500ppm左右效果不太理想;要么选择“最爱”模式进入风量自定义,并稍微提升风量实现压制二氧化碳浓度到800ppm以下,但是嗡嗡的噪声无法忽视。后来我想到了一个取巧的办法,也即设定新风主机在前半夜使用静音模式,后半夜比如凌晨2点左右自动切换为最爱模式提升风量,虽然效果不错,但是也偶尔会在夜里因为新风主机切换档位的瞬间带来的噪声频率变化而惊醒。

最后是在冬季最冷的时候,还是会有冷空气进入室内后沉降形成微弱的气流并被人感知,尤其睡在床上会感觉到脑袋和脖子上有冰冷的气流流动。这个体验并不是太好,所以在最寒冷的日子里新风干脆是关闭的。


03


新居的全盘设计


有了前两次折腾的经验和教训,相比于刚接触新风的业主而言,我对新风的几个硬性指标的追求有了自己深刻的理解。二氧化碳浓度、风量、噪音、运维成本和便利性,自动化。这些指标,在我装修新居的时候都已经有了明确的追求目标和优化方式。

对于新居底层复式的特殊结构,楼上是客餐厅、开放式厨房,书房、次卧;楼下是主卧、卫生间、影音室和活动房。

那么首先明确整体的气流的规划思路:

烟囱效应使得气流自下而上,这是不可逆的空气自然流动方向,那么新风的源头或者说主力新风最好安排在负一楼。

尽量使得洁净空气路径是卧室----公共区域----厨房卫生间,确保主卧室拥有最高洁净度的空气,对于整体卫生和异味控制而言是有好处的(比如控制餐厅的菜味反灌入卧室)

根据前面两条原则,那么主卧和次卧各布置一台单向流正压新风,整体的气流规划就会达到最优

新风源头在卧室,降噪工作是重中之重,要结合实际情况在降噪方面动脑筋。


那么实际解决方案是怎样的呢:

1.主机选型:结合前面的经验,这次我还是选择拿一台小米的空气净化器去改造,但是注意一个要点:选米家3代而非前面的版本。原因有三个,一个是2代之前的版本是轴流风扇,风压很小,要达到理想送气量的话转速就得很高,风扇噪音大。而3代风扇类型更换为后倾离心风扇,同样转速下,风压提升,噪音和转速就能降低了;其次的原因就是米家的耗材实在太便宜了,阿里巴巴上几十块就能买一个,换起来不心疼;第三点则是风量可以无极调整,在“最爱”模式里至少有十几个档位,可以精细的匹配实际室内新风需求,而不是像某些品牌新风只有两三个档位要么高档风噪大,要么低档差点意思。

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2.主机外置:是的,我把新风主机放在了室外而非室内,主要是借助了地利优势。因为家里装了中央空调腾出来了很多开发商留下的空调外机位,且我在一楼可以非常安全方便的对外机位内的设备进行维护打理。所以把新风主机放置在空调外机位这里就可以把最大的噪音源从室内搬到了室外。这个操作在噪声控制方面至少贡献了一半的功劳。话说回来选择米家空气净化器3,也是受限于这个空调机位的高度限制,无法选择体积更大/性能更强的其他设备去改造。

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3.降噪增强:

其实新风噪声主要分为三部分,第一部分是电机的机械噪声,一般出现在比较旧或者质量瑕疵的设备上,主要表现就类似我diy的新风1.0版本,是刺耳的高频“嘤嘤嘤”的声音,对于一个合格的新购置设备,其实问题不大,如果有明显金属摩擦音或者设备有明显震动,应该立即退换货,所以不是我这次主要担心和解决的部分。

第二部分噪音则是电机风扇高速搅动和切割气流产生的风噪,这部分噪音用文字形象表述就是“嗡嗡嗡”的桨叶声,那么抑制这方面噪音有两个途径,要么是选择更大风扇直径的主机,因为这样同等风量下风扇转速更低,比如米家的PRO H净化器的后倾离心风机直径就更大,风噪更低的同时,更大体积的滤芯也更耐久。

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米家MAX空气净化器就更是超大直径的前倾离心风扇,如果选择这个,同等风量下噪音肯定更低。

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单向流新风的进阶之路(上)

我这里因为空调机位高度限制的原因只能选择3代空气净化器;

另一个抑制风噪的方式就是添加一个静压箱,让被风扇桨叶切割紊乱的气流恢复平静有序流动。实现方式也很简单,保温泡沫板/挤塑板做个足够长的空腔,内部贴满吸音的鸡蛋棉即可。

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第三部分则是空气流动的风噪,这部分噪音用文字形象表述就是“呼呼呼”的气流声,主要产生原因是管径过小导致风速过快。解决方案也很常规且常见,增大末端风管直径即可,我这里从空调机位到主卧的开孔是标准的110PVC管道,按照理论上主卧需求的大约80-100m³/h的风量而言,管道内风速也不过2.5-3m/s,是非常合理的新风流速。


4.体感提升:

主卧的出风口安排在窗帘的后面,且使用的是松下侧面出风口FV-GPP100C。

这样的安排首先因为横向出风口可以一定程度阻挡室外噪音直接进入室内,而窗帘的覆盖更是强化了这一点。

单向流新风的进阶之路(上)

更为关键的是,合理优化了气流路径。在冬季,冷空气是向下和向右进入室内,通过墙面与窗帘之间的大空间缓冲,并最终变成极为低速的气流缓慢沉降到地面。而我家是有地暖的,所以实际体验上来讲,完全感觉不到气流流动,同时晚上睡在床上,极为低速的冷气流经过地暖加热后,已经很难感受出明显的温度差异了,更不会有之前方案里床头颈后微微冷风那种不好的体验了。

单向流新风的进阶之路(上)

此外,为了进一步提升温度体验,我利用空调机位到隔壁房间本身就有的一个空调洞做了一路混风风路,也即利用空气净化器产生的负压,从隔壁房间抽出一部分20度的温暖空气来混合送入室内的新风,实测大约能提升末端送风1-2摄氏度,也算是锦上添花了。

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5.自动化控制升级:

为了充分利用主机上的部件,我的静压箱和主机的软连接固定位置在滤芯安装盖之上空气质量检测仪之下。什么意思呢。就是空气净化器自带的PM2.5激光检测仪属于了净化后风路的一部分,对出风口的空气质量进行实时监控。

这个对我而言最大的意义就是当滤芯饱和失效后,我可以通过PM2.5的读数增加获取反馈,并在第一时间对滤芯进行更换。

从2019年十月入住至今,实测一个滤芯可以持续工作2-3个月,始终保持出风口PM2.5为1,失效后读数10以上就意味着需要换芯了。

最终的实际效果呢,在前期1.0和2.0版本积攒经验教训和3.0版本的针对性解决后,可以说各方面完全达到了我预想的效果。

1.二氧化碳压制效果:作为新风的核心功能,因为气流流向是卧室----公共区域----厨房卫生间,所以哪怕对于2.0版本的新风而言,压制二氧化碳从来都不是问题,夜间二氧化碳浓度,只需要风量开启到大约30%左右即可把二氧化碳浓度轻松压制在500ppm以下,白天的话,洁净的空气经过卧室之后又进入客厅餐厅厨房,气流效率高且损耗浪费少

2. 噪音方面的提升:这是新风效果保障的核心,这次3.0版本的一通折腾下来,噪音控制的非常理想,在100m³/h以内的风量,噪音几乎不可闻,甚至没有空调内机的风声大。再也不用面临类似新风2.0版本那种噪音小时风量不够,风量够时噪音受不了的艰难选择了。

3.体感方面的提升:春秋夏季,对室内体验完全无影响,大部分冬季时间也只是带来了卧室温度比客厅略低一两度的影响,面对极寒天气的时候,我会把风量进一步调小到到大约60m³/h,此时卧室内二氧化碳浓度仍旧可以控制在800ppm内。

4.能耗:其实在上一篇文章里我定性分析过能耗的影响,结论是对于类似武汉这个纬度甚至更南方的城市而言,整体能耗损失不大。那么这里我再定量计算一下,最冷的1月份,能耗到底损失有多大,以满足各位好奇宝宝。

对于没有热交换的单向流新风,每秒损失的能量功率就是计算公式很简单:

q=cmΔT

c为空气的比热,大约是1012J /(kg·K)(25℃时)

m是每秒进入室内空气的质量。m=空气密度*空气流量V=1.29Kg/m³ * V / 3600

冬季最冷的1月室外平均温度假定为5度,室内20度,ΔT为15度(20-5)

新风风量V以100m³/h计算

则每秒损失的热量为q=1012*1.29/3600*100*15=544J,也即大约544w的热功率就能补偿了。而考虑到实际热泵带地暖COP有4左右,那么实际消耗电功率544/4=136w姑且算作150w吧。那么在一月份,为了补偿新风带来的能量损失,我实际消耗电量为150w*24/1000*31=111.6度电,大约50元人民币。

所以你看,单向流新风的能耗并不高,即使上了热交换,也只能节约25元左右。而真正单向流新风需要重视并解决的问题,是体感问题,也即如何优化气流使人体面对大温差的不适感降到最低。


5.综合收益:具体到我自家的这套方案而言,设备成本大约1000不到、耗材成本按照3月一换的话大约一年600,如果使用第三方耗材成本更低,耗电量的话24h不关一天大约0.7度电折合不到0.5元。这些是次要的。真正重要之处在于:

保护家人更不易得呼吸道疾病,一场疫情让大家熟悉了N95口罩,那么单向流新风则相当于给住宅戴上了一层N99级别的口罩,保护家人免受花粉过敏、空气污染甚至新冠病毒气溶胶的困扰。

家庭卫生更好打理了,因为大颗粒的灰尘无法再进入室内,拖地、擦桌子等日常打理工作频率可以降到更低的水平,且桌面柜子上不会再有黑色灰尘,只会有人员和衣物产生的少量白色毛絮。

睡眠质量获得了质的提升,卧室里温度适宜、空气质量优异、与外界噪音隔绝,确保了每日一家三口的绝对睡眠质量。且卧室里不会再有任何异味。


写这一篇的目的,主要是为了启发各位的思路,以及强调新风规划过程中必须着重注意的要点例如噪声。动手能力强的、家里有类似实施安装条件的可以依葫芦画瓢copy。

当然,肯定会有读者反馈实际条件不一样,无法照抄,且大部分楼房业主也不可能像我这样利用空调外机位来搞骚操作。

那么我的下篇,将在继续介绍我家新风在风路规划上的思路和实际操作、卫生间异味控制、开放式厨房与新风如何交互、全屋湿度控制的基础上,专门增加一个小节讲一下如果购买成品的壁挂/正压新风,如何选型以及如何进行气流引导的方法。


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