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(xué)，上海 200092；③寧波工程學(xué)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(yīng)的日趨緊張及對室內(nèi)空氣品質(zhì)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?？照{(diào)建筑強調(diào)密閉性而引起空氣品質(zhì)不佳，如何解決好節(jié)能和室內(nèi)空氣品質(zhì)的矛盾，是建筑環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的難題。

近年來，眾多學(xué)者對建筑室內(nèi)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(diào)通風(fēng)系統(tǒng)室內(nèi)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(diào)房間室內(nèi)污染物濃度的數(shù)學(xué)模型，分析各參數(shù)對室內(nèi)污染物濃度的影響關(guān)系。

1 數(shù)學(xué)模型

以全空氣集中空調(diào)房間（圖1）為控制體，由質(zhì)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(nèi)污染物濃度；τ為運行時間；M為室內(nèi)產(chǎn)塵量；Qs、Q0分別為送風(fēng)量和新風(fēng)量；C0為新風(fēng)濃度；η1、η2分別為新風(fēng)過濾效率和回風(fēng)過濾效率；X為回風(fēng)旁通系數(shù)。當(dāng)τ→∞時，室內(nèi)污染物濃度趨于穩(wěn)定，其表達式為：

圖1 室內(nèi)污染物均勻擴散模型

可以看出，當(dāng)通風(fēng)進行到一定時間后，室內(nèi)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(wěn)態(tài)時其濃度取決于新風(fēng)量、新風(fēng)污染物濃度、回風(fēng)旁通系數(shù)、過濾器效率及室內(nèi)發(fā)生量。

2 結(jié)果與分析

2.1 新風(fēng)量的影響 新風(fēng)量對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響較大[3]。將式（2）兩側(cè)同時對Q0求導(dǎo)，可得：

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

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(nèi)空氣品質(zhì)的影響規(guī)律：

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

2.3 新風(fēng)過濾效率的影響 室內(nèi)污染物濃度隨新風(fēng)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(nèi)污染物濃度變化規(guī)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(fā)塵量為10mg/（人·h），回風(fēng)過濾效率取80%，計算得出該總送風(fēng)量450mg/h，室內(nèi)污染物發(fā)生量30mg/h。

圖2給出了該房間一次回風(fēng)（X=1）時室內(nèi)污染物濃度與新風(fēng)過濾效率在不同新風(fēng)比下的變化規(guī)律?？梢钥闯?，當(dāng)總風(fēng)量、回風(fēng)過濾效率、室外粉塵濃度、室內(nèi)產(chǎn)塵量一定的情況下，存在著一個臨界新風(fēng)過濾效率。當(dāng)新風(fēng)過濾效率等于臨界效率時，室內(nèi)含塵濃度與新風(fēng)量的變化無關(guān)；只有當(dāng)新風(fēng)過濾效率大于臨界效率時，增加新風(fēng)量才能減少室內(nèi)顆粒污染物濃度。

圖2 室內(nèi)污染物濃度與新風(fēng)過濾效率的關(guān)系（X=1.0）

2.4 回風(fēng)旁通系數(shù)的影響 為了反映出X的變化對室內(nèi)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(fēng)比N、空氣過濾凈化效率有關(guān)，與室內(nèi)污染物發(fā)生量無關(guān)?；旌鲜覜]有安裝空氣過濾器或是失效，回風(fēng)旁通系數(shù)的變化并不影響室內(nèi)污染物濃度的變化。新風(fēng)比一定時室內(nèi)污染物濃度與回風(fēng)旁通系數(shù)成反比。

3 結(jié)論

本文建立了全空氣空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)污染物濃度控制模型，分析了新風(fēng)量、室外污染物濃度、新風(fēng)過濾效率和回風(fēng)旁通系數(shù)對室內(nèi)污染物濃度的影響規(guī)律。一次回風(fēng)方式存在著一個臨界新風(fēng)過濾效率，只有大于該臨界效率時，增加新風(fēng)量才能減少室內(nèi)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(diào)列車室內(nèi)微環(huán)境空氣品質(zhì)評價分析[J].山西建筑,2012,38.

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

[4]何娟.稀釋室內(nèi)顆粒物污染物用一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2009,19.