CO₂浓度基础必要换气量模拟器

Q: 换气次数ACH和时常数τ表示什么？

换气次数ACH（Air Changes per Hour）是 ACH = Q / V，表示1小时内房间空气换气多少次。时常数 τ = V / Q 是其倒数，是浓度接近定常值速度的指标。经过τ时间后，与目标值的差减少约63%；3τ时减少约95%；5τ时基本到达定常。容积大的房间τ较长，从入室到浓度稳定需要更长时间。

参数设置

在室人数 n

人

同时在该房间内的人数

1人CO₂发生量 g

L/h

静止状态约13，轻作业约19，运动时30以上

外气CO₂浓度 C_oa

ppm

郊外约400，城市干线道路沿线超450

目标室内CO₂浓度 C_t

ppm

建筑基准法上限为1000ppm

室容积 V

m³

地板面积 × 天井高度。影响换气次数·时常数

计算结果

—

必要换气量 Q (m³/h)

—

1人换气量 (m³/h·人)

—

换气次数 ACH (次/h)

—

CO₂发生量 G (L/h)

—

时常数 τ (min)

—

1人换气量判定

—

室内换气断面示意图

在室者呼吸产生的CO₂（粒子）在室内扩散，由新鲜外气流入压出。右侧柱体表示当前室内CO₂浓度（绿=1000ppm以下／橙红=超过）。

必要换气量 Q 与目标CO₂浓度的关系

室内CO₂浓度的时间变化 C(t)

理论·主要公式

$$Q=\frac{G}{C_{target}-C_{outdoor}},\qquad G=n\cdot g$$

从定常物质收支得必要换气量 Q。G：室内CO₂发生量，n：在室人数，g：1人发生量。浓度用体积分率处理，ppm＝分率×10⁶。

$$C(t)=C_{oa}+\frac{G}{Q}\left(1-e^{-t/\tau}\right),\qquad \tau=\frac{V}{Q}$$

假设完全混合的室内CO₂浓度过渡响应 C(t) 和时常数 τ。V：室容积，Q：换气量。t→∞ 时 C(t) 渐进于目标浓度 C_t。

$$\text{ACH}=\frac{Q}{V},\qquad q_{person}=\frac{Q}{n}$$

换气次数 ACH（单位时间内空气更换次数）和1人换气量 q_person。建筑基准法·ASHRAE 62.1 以1人约 30 m³/h 为参考。

CO₂浓度基础的必要换气量

🙋

「为什么用CO₂浓度来决定换气量？」CO₂对人体没有害吧？

🎓

问得好。1000ppm左右的CO₂本身没有直接毒性。但CO₂是「人呼吸程度」的极好指标（标志物）。人呼吸产生CO₂的同时，也排放体臭、含病毒飞沫、湿气。CO₂浓度高说明这些都在积聚——这是空气混浊的信号。所以「CO₂在1000ppm以下，空气污染整体就大致在许容范围」，根据这个思路来设定换气量。

🙋

明白了，CO₂是「空气沉闷度计」。那必要换气量怎么算呢？

🎓

简单说就是「进出CO₂的量达到平衡点」。房间里人不停产生CO₂。一方面换气时，室内含CO₂的空气排出，外气流入。这个出入平衡的定常状态，就可以用 Q＝G/(C_t−C_oa) 这个简洁公式。G是人产生的总CO₂量，C_t是目标浓度，C_oa是外气浓度。左边滑块增加在室人数时，必要换气量Q就按比例急增，你能看到。

🙋

分母的(C_t−C_oa)很关键。目标从1000降到800ppm，必要换气量怎么变？

🎓

这是最关键的。外气420ppm时，目标1000ppm的许容上升是580ppm。降到800ppm许容分就变成380ppm。分母变成原来的2/3，所以必要换气量Q要增加约1.5倍。看「必要换气量 Q 与目标CO₂浓度」那张图，目标越严格曲线越陡峭。空气质量要好，换气代价（风机动力·冷暖负荷）急剧上升——这是需求和成本的权衡。

🙋

还有「换气次数ACH」和「时常数τ」这两张卡。它们看什么呢？

🎓

ACH是1小时房间空气完全换几次。τ＝V/Q是从入室到浓度稳定的「滞后慢度」指标。经过τ时间，与目标的差缩小63%；3τ时缩小95%；5τ时基本稳定。下面「室内CO₂浓度时间变化」那张图就是这样——开始快速上升，过了τ后浓度上升趋缓，5τ才到定常。体操馆那样容积大的房间，τ就很长；上课开始到CO₂达到上限，可能要30分钟后。所以不仅看「定常值」，还要看「什么时候到达」。

🙋

最后，算出来的换气量怎么用到实际设备上？

🎓

算出的Q[m³/h]就成了那个房间「外气导入量」的参考。用它来选定换气扇或空调机的外气风机，布置给气口·排气口。注意这个计算假设「完全混合（整个房间均匀）」，实际上给气口附近新鲜，角落容易沉闷。所以现场通常在呼吸带（坐着高度）放CO₂传感器实测，和计算值对比，这是规范做法。

常见问题

从定常物质收支得，必要换气量 Q = G / (C_target − C_outdoor)。G是室内CO₂发生量，C_target是目标室内CO₂浓度，C_outdoor是外气CO₂浓度，浓度用体积分率（无次元）处理。发生量 G 是在室人数 n 与1人发生量 g 的乘积。实务中通常用ppm表示，所以 Q = G[m³/h] / ((C_t − C_oa)[ppm] / 10⁶) 比较易计算。

日本建筑基准法·楼宇管理法将室内CO₂浓度上限规定为1000ppm（0.1%），这是目标值的标准。外气约为400～420ppm，所以许容上升约600ppm。会议室或学习空间等需集中力的场所有以800ppm以下为目标的例子。目标浓度越严格，许容上升越小，必要换气量急增。

建筑基准法规定居室必要换气量约20～30m³/h·人，ASHRAE 62.1 规定办公室外气量约25～30m³/h·人。本工具判断标准为：1人换气量≥30m³/h为「优良」，20～30m³/h为「最低基准」，<20m³/h为「不足」。CO₂发生量一定时，1人换气量只与目标浓度和外气浓度的差有关。

换气次数ACH（Air Changes per Hour）是 ACH = Q / V，表示1小时内房间空气换气多少次。时常数 τ = V / Q 是其倒数，是浓度接近定常值速度的指标。经过τ时间后，与目标值的差减少约63%；3τ时减少约95%；5τ时基本到达定常。容积大的房间τ较长，从入室到浓度稳定需要更长时间。

现实应用

办公室·会议室空调设计：办公楼空调设计用在室人数（通常按地板面积人员密度算）来求必要外气量。会议室短时间集聚多人，人员密度高，CO₂浓度易急剧上升——这是典型例子。本工具把在室人数设成会议室水平时，1人换气量立刻变成「最低基准」或「不足」。近年需求控制换气(DCV)靠CO₂传感器实测调节外气量，既省能又保证空气质量。

学校·教室换气计划：教室每单位面积学生数多，CO₂浓度易成问题。文部科学省学校环境卫生基准也以室内CO₂为指标。上课中CO₂持续上升，休息时通过开窗释放为一般运营，同时配合机械换气。容积大的体操馆时常数 τ 长，多人聚集浓度上升缓，但一旦上升就难以下降——需要特别注意。

防感染·疫情后的换气强化：已知呼吸源气溶胶感染风险与室内CO₂浓度相关。以CO₂为「吸入多少他人呼气」的代理指标，拥挤空间目标浓度严格到800ppm以下。本工具调低目标浓度时，必要换气量的大幅上升清晰可见，让人定量理解感染防护的换气强化需付出的成本。

住宅24小时换气和病房对策：2003年建筑基准法修改规定住宅原则上必须有0.5次/h以上的常时换气(24小时换气)，主要对抗甲醛等VOC，但用CO₂评估在室密度也是居住舒适度有效指标。本工具输入小容积·少人数的住宅条件，可在住宅规模确认必要换气量和换气次数的关系。

常见误区和注意事项

最大误区是「把完全混合假设直接套用到真实空间」。本工具的 C(t) 和定常浓度假设房间CO₂浓度均匀。实际室内给气口附近新鲜，对角冷室阴暗面容易沉闷，同一房间浓度差几百ppm。换气效率差（给气能否有效驱散污浊空气）不足时，计算上充分的换气量实际在人所在位置还会超标。必须检查给排气口配置和短路(给气直接流向排气)有无。

其次「只看定常忽视过渡」。Q = G/(C_t−C_oa) 是足够时间后的值。但会议室或教室人的出入频繁，通常还没稳定人数就变了。时常数 τ 长(容积大或换气量小)的房间，入室后可能半小时到1小时还在上升途中。「定常值符合」≠「任何时候符合」——需合看过渡曲线和时常数来评估。

最后「增加换气总是好」是错的。换气多了CO₂降，但导入外气越多冷暖负荷越大，风机耗电也增。真夏真冬换气能占很大能耗比。因此需求控制换气(DCV)在无人或人少时缩减外气，实现省能和空气质量兼顾。还有外气本身PM2.5或花粉污染地区，无节制吸入外气反而加重污染——必须从外气状态和过滤性能总体考量。

CO₂浓度基础的必要换气量

常见问题

现实应用

常见误区和注意事项

使用指南

具体计算例

实务注意事项

CO₂浓度基础 必要换气量模拟器

CO₂浓度基础的必要换气量

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常见误区和注意事项

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