應對PM2.5污染的氣承式充氣膜體育建筑

魏秀棟 古向農 王 秦

(深圳市博德維環境技術股份有限公司，廣東 深圳 518057)

·綠色環保·建筑節能·

應對PM2.5污染的氣承式充氣膜體育建筑

魏秀棟 古向農 王 秦

(深圳市博德維環境技術股份有限公司，廣東 深圳 518057)

分析了充氣膜這一新型建筑局部治理霧霾的可行性和實現技術，并通過實測數據驗證了其治理效果，指出充氣膜可以通過經濟的手段在其室內空間創造優良的局部空氣環境，為人們的體育運動提供健康的場所。

充氣膜，PM2.5，體育運動，空氣處理

1 背景

近年來，我國北方很多城市會連續出現冬日的嚴重霧霾天氣，這給人們的工作、生活和體育鍛煉造成了嚴重影響。造成這種現狀的主要原因是大氣中顆粒物PM2.5的污染。假定劇烈運動時一個人每分鐘的換氣量為100 L，在PM2.5超標嚴重的霧霾天從事戶外運動會吸入數倍于平時的PM2.5，對身體產生很大的傷害。在此種背景下，人們迫切需要能夠在冬日霧霾天氣下進行體育運動的場所。

傳統的體育場館由于其開敞特征，無法抵御PM2.5等顆粒物的入侵；尤其是在冬季空氣濕度較小、霧霾長期不散的天氣里，室內場館的PM2.5也處于超標狀態。

氣承式充氣膜(氣承膜)結構的出現，為人為制造一個適合運動空間的人工環境創造了極大的便利(見圖1，圖2)。氣承膜建筑就是采用高強度、高柔性的薄膜材料，并將膜材的外沿固定在地面基礎或者屋面結構周邊上，利用充氣系統將空氣送入氣膜內部空間，維持一定的氣膜內外氣壓差，從而實現結構抵抗自重和外部荷載的結構功能，形成大跨度的無梁無柱的建筑空間。利用空調和空氣處理系統，氣膜建筑可保證冬天室內溫度在18 ℃以上、夏天室內溫度在26 ℃以下，時刻保持空氣品質優良，為人們提供舒適的運動環境。

2 氣承膜的PM2.5污染控制方法

大氣PM2.5顆粒物污染的控制技術主要包括過濾除塵、靜電除塵、濕式除塵等方式,可以采用其中一種方式或幾種方式的組合。常見的方式有：過濾除塵、過濾除塵+靜電除塵、過濾除塵+濕法除塵，其中濕法除塵往往和空調、加濕等功能合并設置。

2.1 過濾除塵

過濾除塵是讓空氣通過過濾裝置來達到凈化的目的。主要有袋濾除塵及顆粒層過濾除塵兩種方式。袋濾除塵利用棉、毛或人造纖維等加工而成的濾布，通過篩分、慣性碰撞、擴散、靜電、重力沉降等機制來捕集顆粒污染物，屬于外部過濾。顆粒層過濾除塵通過將松散多孔的濾料填充在框架內作為過濾層，使顆粒物在濾層內部被捕集的一種除塵方法，屬內部過濾方式。除塵過程中大顆粒污染物主要借助慣性力，小于0.5 μm的顆粒物主要依靠濾料及被過濾下來的顆粒表面攔截和附著作用，凈化效率隨顆粒層厚度增高而提高。顆粒層除塵器按其功能可分為單顆粒層除塵器和組合顆粒層除塵器兩種。

2.2 靜電除塵

靜電除塵利用高壓電場產生的靜電力(庫侖力)從氣流中分離懸浮粒子(塵粒或液滴)的一種方法。靜電除塵主要通過粒子荷電、沉降和清除三個階段實現顆粒污染物與氣流的分離。靜電除塵常用的設備為電除塵器，工業上應用最廣泛的是單區電除塵器，即使粒子帶電的電離作用與帶電粒子的集塵作用在同一電場中進行。電除塵器是一種高效除塵裝置，對細微塵粒及霧狀液滴捕集性能優異，除塵效率達99%以上，對于0.1 μm以下的塵粒，仍有較高的去除效率。

2.3 濕式除塵

濕式除塵用液體洗滌含塵氣流，使塵粒與液膜、液滴或氣泡碰撞而被吸附、凝聚變大，塵粒隨液體排出，氣體得到凈化的方法，也稱洗滌除塵。由于洗滌液對多種氣態污染物具有吸收作用，因此它能凈化氣體中的固體顆粒物，又能同時脫除氣體中的氣態有害物質。常用的濕式除塵有噴淋塔、填料塔、泡沫塔、臥式旋風水膜除塵器、中心噴霧旋風除塵器、水浴式除塵器、射流洗滌除塵器、文丘里洗滌除塵器等。濕式除塵器結構簡單、造價低、除塵效率高，在處理高溫、易燃、易爆氣體時安全性好。不足是用水量大，易產生腐蝕性液體。

3 氣承膜的PM2.5解決方案

氣承膜建筑的特點是在封閉的空間內始終維持一定的正壓，這是通過機械單元連續向相對封閉的空間內補風來實現的。換句話說，室外空氣只有通過機械單元加壓才能進入室內，而其他任何孔洞縫隙均為向外排風。由此我們知道，在這一封閉的空間內，空氣中的顆粒物來源主要包括新風帶入的顆粒物、人員帶入的顆粒物、在該空間內使用的器材帶入的顆粒物、建筑表面地面風化起塵及施工過程中殘留的顆粒物。要控制氣承膜建筑內空氣中顆粒物的數量，就要分別對上述幾個渠道進行處理。

3.1 新風帶入顆粒物的處理

因為新風只能通過機械單元加壓后才能到達室內，這對處理新風中顆粒物帶來了便利條件。只要在機械單元內增加有效的功能段就能把新風中的顆粒物降低到可接受的程度，從而達到控制室內空氣質量的目的。氣承膜建筑機械單元中通常采用過濾除塵或過濾除塵+靜電除塵的處理方法而達到滿意的效果。

3.2 人員、器材帶入顆粒物的處理

氣承膜建筑內活動的人員身體、衣物及器材附著有顆粒物，當人員從室外進入室內運動時，這些附著顆粒物就會進入到空氣中，最終形成空氣顆粒物污染。這通過在人員、器材入口處設置風淋設施，利用室內正壓排風而明顯減少人體、器材帶入的顆粒物。

3.3 建筑表面、地面風化起塵的處理

氣承膜建筑的主體材料為膜材，其表面風化起塵可以忽略。只要在設計時盡量減少土建工程量，就可以避免建筑表面風化起塵。對于地面可采取塑膠自流平等工藝，盡量減少用類似混凝土等易起塵的材質處理地面。

3.4 施工殘留物的處理

風道等土建施工過程中會產生大量的粉塵，竣工后仍會有大量殘存在風道、設備基礎、轉角等容易積灰的部位。如果不能徹底的清除，這些灰塵在氣膜使用過程中，會二次飛揚，成為污染源，所以工程竣工正式運營以前，對氣承膜建筑內要進行徹底的清掃，否則會使室內空氣質量明顯下降，造成事倍功半的尷尬局面。

3.5 全面換氣處理

采取了上述措施后，可以大幅度減少進入氣承膜建筑內顆粒物數量。一般來說，氣承膜建筑內的空氣質量已能夠達到優良品質。如果需要進一步降低室內空氣PM2.5的數值，可以進行全面換氣處理。處理的設備可以是專設的風柜，也可以在空調設備內增加處理功能段。處理方式通常采用過濾除塵、過濾除塵+靜電除塵、過濾除塵+濕法除塵三種方式中的一種，其中通風量遵照空調計算結果。

4 某氣承膜室內空氣質量實測數據

本氣承膜結構平時的運行內壓為正壓，約為250 Pa～300 Pa(根據風速和積雪情況設定其內壓)，加上其優異的密閉性能，室外的空氣無法通過滲透、自然流通等形式進入室內。建筑內部的空氣只能通過特制的機械設備經過過濾、冷熱處理、加壓后送入室內，所以室內空氣質量可以得到有效保證。為了檢驗實際的空

氣處理效果和氣膜內的空氣質量，這里給出我公司的某實際工程的實測結果。圖3，圖4和表1均為氣承膜結構室內外實測記錄。

通過連續跟蹤已在運營使用的氣承膜結構項目，室外空氣AQI爆表的情況下，室內空氣質量仍可維持在“優”的水平，即室內空氣AQI≤50。天津濱海新區某氣承膜結構室外空氣質量指數AQI=287的情況下，室內的AQI=41；北京順義區某國際學校，由于加裝了特殊的空氣過濾設備，室外空氣質量指數AQI爆表的情況下，室內的空氣質量指數AQI仍小于30。

表1 某氣承膜結構室內外空氣質量指數

測試點ABCD室外AQI值13151223287

綜上所述，氣承膜建筑的特點可以有效地營造空氣質量優異的局部小環境，為體育愛好者或學生提供良好的運動環境。

5 結語

在霧霾天頻現的目前，大氣顆粒物尤其是PM2.5對人體的傷害與全國全民健身高漲的熱情形成了一對尖銳的矛盾，本文從分析PM2.5的治理方法和其在充氣膜建筑中應用技術進行研究，最后結合實際工程證實氣承膜這一經濟實用的新型建筑已成為破解這一難題的有效方法。氣承膜體育建筑可以有效應對PM2.5問題，為我國的群眾運動提供經濟合理的運動場所。

[1] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2008：1566-1571，2073-2082.

[2] 范存養.大空間建筑空調設計及工程實錄[M].北京:中國建筑工業出版社,2001:34-36.

[3] CECS 158：2015,膜結構技術規程[S].

On air-supported sport game dome dealing with PM2.5

Wei Xiudong Gu Xiangnong Wang Qin

(Broadwell(Shenzhen)TechnologyCo.,Ltd,Shenzhen518057,China)

This paper focus on the feasibility and methods of heavy smog control technology in air supported structures. Some real data measured in a air dome were shown and verified air dome can achieve an excellent indoor air quantity and provide a good place for people sports games by economic means.

air-supported structure, PM2.5, sports game, air treatment

1009-6825(2017)02-0194-02

2016-11-04

魏秀棟(1978- )，男，助理工程師； 古向農(1968- )，男，高級工程師； 王 秦(1969- )，男，高級工程師

TU245

A