全空氣空調下建筑室內空氣污染物濃度變化規律

鄧家龍 DENG Jia-long；余春芳 YU Chun-fang；蔡偉 CAI Wei

（①寧波建工股份有限公司，寧波 315040；②同濟大學，上海 200092；③寧波工程學院，寧波 315016）

①Ningbo Construction Co.，Ltd，Ningbo 315040，China；②Tongji University，Shanghai 200092，China；③Ningbo University of Technology，Ningbo 315016，China）

0 引言

隨著能源供應的日趨緊張及對室內空氣品質的要求越來越高，迫切要求在保持舒適度的前提下，最大限度地降低建筑能耗。空調建筑強調密閉性而引起空氣品質不佳，如何解決好節能和室內空氣品質的矛盾，是建筑環境領域亟待解決的難題。

近年來，眾多學者對建筑室內污染物問題進行了探索[1-4]。然而迄今為止，還未見對全空氣空調通風系統室內顆粒狀污染物濃度擴散模型的全方面報道。本文擬建立空調房間室內污染物濃度的數學模型，分析各參數對室內污染物濃度的影響關系。

1 數學模型

以全空氣集中空調房間（圖1）為控制體，由質量守恒定律，可以得出：

式（1）中，V為控制室體積；c為控制室內污染物濃度；τ為運行時間；M為室內產塵量；Qs、Q0分別為送風量和新風量；C0為新風濃度；η1、η2分別為新風過濾效率和回風過濾效率；X為回風旁通系數。當τ→∞時，室內污染物濃度趨于穩定，其表達式為：

圖1 室內污染物均勻擴散模型

可以看出，當通風進行到一定時間后，室內污染物濃度受初始濃度的影響逐漸減弱，最終趨于定值。達到穩態時其濃度取決于新風量、新風污染物濃度、回風旁通系數、過濾器效率及室內發生量。

2 結果與分析

2.1 新風量的影響 新風量對室內空氣品質的影響較大[3]。將式（2）兩側同時對Q0求導，可得：

可以看出，增加新風量可使污染物濃度降低。式（3）數值一旦大于或等于0，可進行合理調整，使其值小于0，使得增加新風量能改善室內空氣品質。

2.2 室外污染物濃度的影響 式（4）給出了室外污染物濃度對室內空氣品質的影響規律：

Cr為新風污染物濃度臨界值，當C0＞Cr時，增大新風量并不能降低室內污染物濃度。這時需對新風凈化，使得C0〈Cr，才能通過增加新風量來稀釋室內污染物濃度。因此，實際工況中應動態測定室外污染物濃度，以判定是否要增加新風量。

2.3 新風過濾效率的影響 室內污染物濃度隨新風過濾效率增加而減少，其表達式如式（5）所示：

以某辦公室為例，分析室內污染物濃度變化規律。已知該辦公室占地面積30m2、層高2.5m、人員密度為0.1人/m2、每小時換氣6次，測得室外污染物濃度為0.12mg/m3、人均發塵量為10mg/（人·h），回風過濾效率取80%，計算得出該總送風量450mg/h，室內污染物發生量30mg/h。

圖2給出了該房間一次回風（X=1）時室內污染物濃度與新風過濾效率在不同新風比下的變化規律。可以看出，當總風量、回風過濾效率、室外粉塵濃度、室內產塵量一定的情況下，存在著一個臨界新風過濾效率。當新風過濾效率等于臨界效率時，室內含塵濃度與新風量的變化無關；只有當新風過濾效率大于臨界效率時，增加新風量才能減少室內顆粒污染物濃度。

圖2 室內污染物濃度與新風過濾效率的關系（X=1.0）

2.4 回風旁通系數的影響 為了反映出X的變化對室內濃度的影響，令X變化為nX（0〈n〈1），變化前后平衡時污染物濃度的比值為：

由式（6）可知，kN與新風比N、空氣過濾凈化效率有關，與室內污染物發生量無關。混合室沒有安裝空氣過濾器或是失效，回風旁通系數的變化并不影響室內污染物濃度的變化。新風比一定時室內污染物濃度與回風旁通系數成反比。

3 結論

本文建立了全空氣空調系統室內污染物濃度控制模型，分析了新風量、室外污染物濃度、新風過濾效率和回風旁通系數對室內污染物濃度的影響規律。一次回風方式存在著一個臨界新風過濾效率，只有大于該臨界效率時，增加新風量才能減少室內顆粒污染物濃度。

[1]Teixeira J.V,Miranda S.,Monteiro R.A,et al.Assessment of indoor airborne contamination in a wastewater treatment plant[J].Environmental Monitoring and Assessment,2013,185(1)∶59-72.

[2]張巨光，蔡偉.空調列車室內微環境空氣品質評價分析[J].山西建筑,2012,38.

[3]黃虹，曾寶強.室內空氣污染及排放源的模擬模型[J].江西科學,2008,26.

[4]何娟.稀釋室內顆粒物污染物用一次回風空調系統的優化設計[J].潔凈與空調技術,2009,19.