通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)灰塵沉積的研究進(jìn)展

杜樂

摘要：通風(fēng)空調(diào)管道中的空氣流通常為湍流，湍流中的灰塵粒子沉積速度受一系列因素的影響，包括粒子的大小和特性、湍動(dòng)強(qiáng)度、氣流的溫度、沉積面的位置、粗糙度等。即使在最簡單的通風(fēng)系統(tǒng)中，由于流動(dòng)的復(fù)雜性和表面的多樣性，粒子沉積速度沿流程變化很大，且在中國的氣候條件下，通風(fēng)空調(diào)使用環(huán)境均有其特殊性。掌握關(guān)于粒子在管底、管壁和管頂?shù)某练e規(guī)律，可以全面地理解通風(fēng)管道中的粒子行為以及有效預(yù)測通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的粒子損失，對(duì)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)管道內(nèi)粒子沉積過程機(jī)理及其效果進(jìn)行定量化評(píng)判、提高通風(fēng)空調(diào)工程送風(fēng)效果的可預(yù)見性、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和病態(tài)建筑綜合癥有理論和實(shí)踐指導(dǎo)作用。本文介紹了通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積情況，分析了通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)灰塵沉積的研究

現(xiàn)狀，指出了下一步的研究方向。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)；管道內(nèi)灰塵沉積；研究進(jìn)展；

目前，國內(nèi)外暖通空調(diào)行業(yè)的發(fā)展均面臨著節(jié)能與改善室內(nèi)空氣質(zhì)量兩大挑戰(zhàn)。提高送風(fēng)質(zhì)量、控制室內(nèi)環(huán)境污染已成為世界各國普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題。造成室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳的原因很多，其中之一是通風(fēng)管道內(nèi)部的灰塵沉積，它對(duì)送風(fēng)質(zhì)量具有直接、重要的影響，但沒有引起人們的足夠重視。

一、通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積現(xiàn)象

通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的空氣流通常為湍流狀態(tài)，空氣流中攜帶的灰塵粒子受重力沉降等作用而沉積到管道表面上。通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積對(duì)送風(fēng)質(zhì)量造成了影響，帶來了一些室內(nèi)空氣質(zhì)量問題：

1.通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積物一方面可能影響進(jìn)入室內(nèi)的灰塵粒子的粒徑分布和濃度大小；另一方面可能會(huì)成為其他污染物的污染源，細(xì)菌和真菌可在沉積物表面生長，加重室內(nèi)空氣的生物氣溶膠污染；此外，沉積的灰塵可引起二次污染。通風(fēng)空調(diào)管道成為灰塵粒子、微生物、病菌等的培養(yǎng)基地。

2.灰塵沉積物與管道表面（特別是金屬表面）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步污染了送風(fēng)氣流、降低了送風(fēng)質(zhì)量。

3.管道內(nèi)灰塵的沉積對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行也有一定程度的影響。在長期運(yùn)行的通風(fēng)管道不同部位沉積的大量灰塵會(huì)增加系統(tǒng)阻力、減少送風(fēng)量，降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的整體性能。

二、灰塵沉積的污染現(xiàn)狀調(diào)查

1.空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的污染源來自內(nèi)部和外界兩方面。外界的污染主要源于風(fēng)沙、工廠排放的煙氣、汽車尾氣、施工現(xiàn)場揚(yáng)塵等；內(nèi)部污染主要是因室內(nèi)的污染物得不到及時(shí)排除，進(jìn)而參與室內(nèi)空氣循環(huán)造成的。室內(nèi)空氣污染來自于集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的占42%-53%，主要污染物為灰塵和微生物。空氣中的粒子物包括降塵、總懸浮粒子物、可吸人顆粒物和細(xì)粒子物。粒子物分散于氣態(tài)介質(zhì)中則形成氣溶膠。表征氣溶膠粒子性質(zhì)的因素主要包括粒子的形狀、大小、密度、粒徑分布以及濃度等。

2.空氣中的懸浮粒子有灰塵、煙和霧。灰塵包括所有固態(tài)分散性微粒；煙包括所有固態(tài)凝集性微粒、液態(tài)粒子、固態(tài)粒子因凝結(jié)作用而產(chǎn)生的微粒，以及從液態(tài)粒子過渡到晶態(tài)粒子而產(chǎn)生的微粒；霧包括所有液態(tài)分散性微粒和液態(tài)凝集性微粒，微粒大小因生成狀態(tài)而異。煙霧有液態(tài)和固態(tài)兩種，通常情況下是指由燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠，不包括水蒸氣，與霧有一定差別。通風(fēng)空調(diào)管道中的灰塵一般為固態(tài)分散性粒子和固態(tài)凝集性粒子。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)不同部位的灰塵沉積情況不一樣，對(duì)于送風(fēng)管，灰塵沉積量最大的部位是風(fēng)管的底面，其次是側(cè)面和頂面。我國集中式空調(diào)通風(fēng)管道內(nèi)部的灰塵沉積狀況非常驚人。2009年，重慶衛(wèi)生監(jiān)督所對(duì)8個(gè)公共場所的集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了抽檢。結(jié)果表明，積塵污染中等的6家，嚴(yán)重污染的2家；細(xì)菌全部嚴(yán)重超標(biāo)，近半數(shù)空調(diào)房間內(nèi)的送、排風(fēng)口表面有積塵與霉斑。

3.根據(jù)對(duì)通風(fēng)空調(diào)管道灰塵沉積現(xiàn)狀的調(diào)查可知，現(xiàn)有通風(fēng)管道中的主要污染物為灰塵粒子和微生物，它們對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的性能及室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生了不容忽視的影響。了解通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)灰塵的沉積規(guī)律有利于提高通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)效果的預(yù)見性，對(duì)通風(fēng)管道及設(shè)備進(jìn)行定期檢查和清洗有利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

三、研究進(jìn)展

1.隨著對(duì)灰塵污染問題的重視，關(guān)于湍流中粒子沉積的實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)逐漸增多，但多數(shù)粒子沉積實(shí)驗(yàn)對(duì)象沒有針對(duì)各種材質(zhì)和表面的通風(fēng)管道，且對(duì)通風(fēng)管道中不同粒徑范圍粒子沉積規(guī)律的研究還不系統(tǒng)。目前，需要進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)管道中粒子沉積實(shí)驗(yàn)研究的系統(tǒng)化工作有：選用通風(fēng)系統(tǒng)中的各種管材（不同材料、不同粗糙度）作為粒子的沉積面，把不同規(guī)格（通風(fēng)系統(tǒng)中包含的全部粒徑范圍的粒子）、不同材料的粒子作為研究對(duì)象，采用先進(jìn)的測試儀器和合理可行的實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)化地研究通風(fēng)管道中的粒子沉積規(guī)律，使其能正確指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)實(shí)際工程。

2.把握通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)粒子沉積的規(guī)律不僅有助于模擬建筑物內(nèi)部的粒子大小和濃度分布情況，而且有助于改善通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)空氣質(zhì)量，為室內(nèi)空氣污染控制提供理論指導(dǎo)。

（1）根據(jù)各種規(guī)格的灰塵粒子在通風(fēng)管道各表面沉積速度的預(yù)測結(jié)果，可分析不同大氣環(huán)境下通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)過濾器和風(fēng)道的積塵情況以及出風(fēng)灰塵粒子的粒徑分布情況，預(yù)測空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中過濾器和風(fēng)道的清洗年限：第一，分析不同過濾效率下進(jìn)入系統(tǒng)的灰塵粒子總量的變化，以及灰塵粒子粒徑的變化。第二，過濾器出口灰塵粒子的粒徑分布。第三，過濾器不同效率（粗、中、高效過濾器）下，過濾器的最長運(yùn)行時(shí)間也即清洗過濾器的時(shí)間。第四，不裝過濾器或安裝不同效率的過濾器情況下，風(fēng)道的清洗時(shí)間。工程實(shí)踐中如何優(yōu)化過濾器和管道的清洗周期目前還需在經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)分析上作一些對(duì)比研究。

（2）粒子沉積是灰塵粒子在空氣中最為重要的空氣動(dòng)力學(xué)行為，正是由于粒子在物體表面的沉積作用，才使得粒子對(duì)人體、物品或者設(shè)備產(chǎn)生危害。因此，研究通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)灰塵粒子的沉積情況不僅能指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)工程實(shí)踐，而且也是對(duì)粒子在肺部的沉積以及人體粒子物暴露量作出有效評(píng)估或?qū)ξ锲贰⒃O(shè)備危害程度作出評(píng)估的重要的一步。

3.目前的研究水平雖對(duì)粒子在管底面和側(cè)壁的沉積在理論上有了比較清楚的認(rèn)識(shí)。但由于多相湍流的復(fù)雜性，至今仍未能將解決多相流問題的方法、技術(shù)或理論完全統(tǒng)一起來，未形成以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)和構(gòu)造出具有嚴(yán)密內(nèi)在聯(lián)系與不同適用范圍的粒子運(yùn)動(dòng)行為體系。研究的新動(dòng)向應(yīng)是：建立統(tǒng)一的理論和應(yīng)用技術(shù)體系方法，深入研究不同環(huán)境中塵埃粒子的遷移和沉積規(guī)律，是學(xué)科向縱深發(fā)展和相關(guān)環(huán)境技術(shù)進(jìn)步的迫切要求。

目前各個(gè)國家現(xiàn)有的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程并不關(guān)心通風(fēng)空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積問題，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的注意力主要放在了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備故障維修方面，然而管道積塵所引發(fā)的空氣質(zhì)量下降是驚人的。英國的一項(xiàng)聯(lián)合調(diào)查表明，對(duì)于英國的送風(fēng)條件，80%以上的業(yè)主和管理人員傾向于定期清洗過濾器，但是對(duì)風(fēng)道內(nèi)的積塵問題僅知道其存在、而不知道灰塵沉積的程度和評(píng)估辦法[5]。目前，英國、法國等歐洲國家及日本、新加坡等亞洲國家在集中式空調(diào)系統(tǒng)新建及改造中，不僅開始注意進(jìn)風(fēng)口要遠(yuǎn)離污染源，而且也開始采用定期清洗過濾器、表冷器以減少管道內(nèi)部灰塵沉積、提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的管理技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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