劉 飛 劉 穎

(同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江 嘉興 314051)

住宅新風(fēng)凈化與室內(nèi)空氣品質(zhì)

劉 飛 劉 穎

(同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院，浙江 嘉興 314051)

通過對南京和上海的各兩臺新風(fēng)機(jī)組處理段的顆粒分布和PM10，PM2.5的濃度測試，分析了新風(fēng)機(jī)組過濾器的性能以及過濾器的布置位置對新風(fēng)品質(zhì)的影響，并根據(jù)各處理段顆粒物濃度變化情況研究了影響室內(nèi)空氣品質(zhì)的因素，以不斷完善與優(yōu)化新風(fēng)空調(diào)過濾系統(tǒng)的性能。

過濾器，空氣品質(zhì)，可吸入顆粒物濃度，空調(diào)系統(tǒng)

1 概述

采用空氣過濾設(shè)備是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)最有效的方法，同時(shí)可以降低建筑和空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)和清洗費(fèi)用。資料表明僅設(shè)一組粗效過濾器，空氣的潔凈度不易滿足要求，故推薦采用兩級過濾。本課題研究新風(fēng)系統(tǒng)配置了粗效過濾器G4和高中效過濾器F7的空氣過濾器后對空氣品質(zhì)的影響，并且對上海和南京的典型住宅的夏季新風(fēng)系統(tǒng)的可吸入顆粒物濃度進(jìn)行了測試和分析。針對當(dāng)?shù)卮髿忸w粒物的污染情況，對過濾器的配置與運(yùn)行效果進(jìn)行研究分析，從而完善與優(yōu)化新風(fēng)空調(diào)過濾系統(tǒng)性能。

2 新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的過濾性能

2.1 新風(fēng)系統(tǒng)可吸入顆粒物濃度測試

在南京和上海分別選擇兩個(gè)典型住宅用的新風(fēng)空調(diào)機(jī)組，測試機(jī)組的新風(fēng)引入口、過濾器前后、表冷器前后、新風(fēng)出口、機(jī)組排風(fēng)入口和出口等的PM10和PM2.5可吸入顆粒物，塵埃粒徑分布濃度。

新風(fēng)系統(tǒng)如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2的布置圖可以看出，南京機(jī)組G4和F7過濾器先串聯(lián)對新風(fēng)進(jìn)行集中過濾，新風(fēng)過濾后再通過轉(zhuǎn)輪換熱器和表冷器；而上海機(jī)組新風(fēng)先經(jīng)過G4過濾器，再通過轉(zhuǎn)輪換熱器和表冷器，最后再通過F7過濾器。

2.2 新風(fēng)空調(diào)機(jī)組過濾器性能分析

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，G4級粗效過濾器在額定風(fēng)量下的計(jì)數(shù)效率為70%≤η<90%(對粒徑>5 μm)，F(xiàn)7級的高中效過濾器的額定風(fēng)量下的過濾效率為70%≤η<99%(粒徑>1 μm)，F(xiàn)5級的中效過濾器在額定風(fēng)量下的過濾效率為30%≤η<50%(粒徑>1 μm)。南京新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用的是G4和F7兩級過濾器串聯(lián)的形式，式(1)為兩級串聯(lián)過濾器的效率計(jì)算公式，若按照規(guī)范要求的G4和F7的最低效率值，即G4取70%，F(xiàn)7取70%，可計(jì)算串聯(lián)后允許的最低效率為0.91。

η=1-(1-η1)(1-η2)

(1)

其中,η1為第一級過濾器的效率；η2為第二級過濾器的效率。

根據(jù)測試得到的各個(gè)機(jī)組的粒徑分布數(shù)值，可計(jì)算出各個(gè)過濾器的計(jì)數(shù)效率，計(jì)數(shù)效率按照式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

其中，Ni后為過濾器后某一粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)；Ni前為過濾器前某一粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)。

經(jīng)過計(jì)算，各個(gè)機(jī)組過濾器的效率如表1所示。

表1 新風(fēng)機(jī)組過濾器計(jì)數(shù)效率

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，6組過濾器(包括2組串聯(lián)過濾器)中，除了上海1號機(jī)組G4 過濾器(70%～90%)和上海2號機(jī)組F7(70%～90%)滿足規(guī)范要求外，其他4個(gè)過濾器的效率都低于規(guī)范要求的最低效率，南京兩臺機(jī)組采用G4 和F7 過濾器串聯(lián)效果并不理想，串聯(lián)效率都遠(yuǎn)低于0.91，特別是南京2號機(jī)組，串聯(lián)效率僅為47.8%。對比過濾器的更換時(shí)間，南京的G4過濾器1周清洗1次，當(dāng)天剛剛清洗過，F(xiàn)7在兩周前更換過(原計(jì)劃是1季度更換1次)，盡管G4剛剛清洗，F(xiàn)7也更換沒有多久，但是兩者的串聯(lián)效果并不理想，可能有兩方面的問題：1)由于G4清洗效果不理想，對F7的保護(hù)作用不是很明顯；2)可能F7過濾器1季度更換1次的頻率偏低，其在2周時(shí)已經(jīng)效率偏低。

上海1號機(jī)組效率偏低的F7過濾器1個(gè)多月前更換過(原計(jì)劃1季度更換1次)，說明1季度更換1次頻率偏低，過濾器在使用1個(gè)月已經(jīng)效率偏低；滿足要求的G4 過濾器5 d前更換過。上海的2號機(jī)組的更換時(shí)間和上海1號機(jī)組的更換時(shí)間相同，但結(jié)果卻和1號機(jī)組不同，F(xiàn)5和F7過濾器是滿足要求的，而G4 過濾器卻不滿足要求。由過濾器的效率失效和更換情況可見，單純按照時(shí)間來更換過濾器并不合理，有可能出現(xiàn)還未到時(shí)間，過濾器已經(jīng)失效的情況，最好對過濾器的效率進(jìn)行監(jiān)控，在檢測到過濾器效率較低時(shí)及時(shí)地進(jìn)行更換。

2.3 新風(fēng)機(jī)組過濾器布置位置的影響

南京小區(qū)新風(fēng)機(jī)組的G4和F7是緊密相鄰設(shè)置在轉(zhuǎn)輪和表冷器前，而上海新風(fēng)機(jī)組的空氣過濾器G4和F7分開設(shè)置在轉(zhuǎn)輪、表冷器的前和后，兩者的不同布局對新風(fēng)的過濾效果以及轉(zhuǎn)輪和表冷器積塵對新風(fēng)的污染，都有著不同程度的影響。根據(jù)南京和上海機(jī)組各段的PM10和PM2.5顆粒物濃度測試結(jié)果，可計(jì)算出經(jīng)過兩級過濾以及表冷器和轉(zhuǎn)輪換熱器后的顆粒濃度下降的相對值，利用計(jì)算結(jié)果初步分析哪種新風(fēng)機(jī)組的布置方式有利于顆粒物濃度的下降。南京機(jī)組需計(jì)算經(jīng)過表冷器后顆粒物濃度相對于過濾器G4前的顆粒物濃度的下降值，即按照式(3)來計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

(3)

上海機(jī)組需計(jì)算經(jīng)過F7后顆粒物濃度相對于G4前顆粒物濃度的下降值，即按照式(4)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

(4)

其中，λ為顆粒物濃度的下降值；X為顆粒物濃度。

表2 新風(fēng)機(jī)組可吸入顆粒物濃度下降值

對比上海機(jī)組和南京機(jī)組PM10和PM2.5的下降值，上海機(jī)組PM10和PM2.5的下降值要分別大于南京機(jī)組的PM10和PM2.5的下降值，因此上海機(jī)組G4過濾器和F7過濾器分開設(shè)置的布置方式稍優(yōu)于南京機(jī)組將G4和F7過濾器集中設(shè)置的布置方式，分開設(shè)置可能有利于減少表冷器和轉(zhuǎn)輪式換熱器的二次污染的影響。由于新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的過濾效果還受其他很多因素的影響，包括過濾器的過濾效率，表冷器表面積塵的影響，轉(zhuǎn)輪換熱器引起的新風(fēng)回風(fēng)交叉污染的情況等等，因而新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的過濾器布局形式需要進(jìn)一步研究。

2.4 新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的可吸入顆粒物濃度變化分析

通過匯總各階段新風(fēng)可吸入顆粒物濃度的變化(見圖3，圖4)，進(jìn)一步分析可吸入顆粒物濃度與室內(nèi)空氣品質(zhì)之間的關(guān)系。

根據(jù)4個(gè)新風(fēng)機(jī)組的顆粒物濃度變化可以看出，PM10 和PM2.5 可吸入顆粒物濃度從新風(fēng)機(jī)組的室外新風(fēng)引入口進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組后有所下降。這顯然與新風(fēng)過濾網(wǎng)(濾網(wǎng)對可吸入顆粒物無任何過濾效果)、防雨百葉嚴(yán)重積塵、新風(fēng)機(jī)組吸入段的清潔保養(yǎng)欠佳有關(guān)；上海新風(fēng)機(jī)組室外新風(fēng)引入口顆粒物濃度比南京機(jī)組的新風(fēng)引入口顆粒物濃度高，也與測試期間當(dāng)?shù)貐^(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量有關(guān)；南京小區(qū)所在的奧體區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較低(API指數(shù)為1級污染)，上海小區(qū)所在的寶山地區(qū)的奧體區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較高(API指數(shù)為2 級污染)。室外新風(fēng)機(jī)組經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)機(jī)組的空氣過濾器G4(或F7)后，盡管PM10和PM2.5可吸入顆粒物濃度值有所下降，但在轉(zhuǎn)輪換熱段和表冷段的可吸入顆粒物濃度均有不同程度的提高，這顯然與轉(zhuǎn)輪換熱器和表冷器的積塵有關(guān)，特別是南京2臺機(jī)組的轉(zhuǎn)輪換熱器的旁通風(fēng)門沒有關(guān)閉(根據(jù)現(xiàn)場操作人員介紹，是為了保證足夠的風(fēng)量)，這樣經(jīng)過G4 和F7 過濾后的新風(fēng)又可能被排風(fēng)污染。同時(shí)由于送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓配置與調(diào)試不佳，使得轉(zhuǎn)輪換熱器段處的壓力不合理，造成排風(fēng)與新風(fēng)互相交叉滲透和交叉污染。分析每個(gè)新風(fēng)機(jī)組出風(fēng)到各用戶端的送風(fēng)口顆粒數(shù)變化可見，PM10和PM2.5可吸入顆粒物的濃度略有升高，與經(jīng)過表冷器處理后的空氣攜帶水汽有關(guān)，但可吸入顆粒物顆粒數(shù)(除上海2號送風(fēng)管內(nèi)積塵嚴(yán)重超標(biāo)再污染外)均有顯著下降，顯然與表冷器后濕潤的顆粒物在風(fēng)管內(nèi)沉降有關(guān)。經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)機(jī)組處理，通過送風(fēng)主管、干管和支管后的顆粒物濃度較低的新風(fēng)，進(jìn)入送風(fēng)靜壓箱再由室內(nèi)送風(fēng)口送入室內(nèi)，由于室內(nèi)人員、家具和裝修等污染作用，使室內(nèi)顆粒物濃度明顯升高(包括PM10，PM2.5和顆粒物總數(shù))。相關(guān)研究表明，室內(nèi)人員活動(dòng)和物品及裝修等是空調(diào)房間室內(nèi)的主要污染源?？傮w分析室外、送風(fēng)管、送風(fēng)口、室內(nèi)的顆粒物濃度關(guān)系：室外顆粒物濃度>室內(nèi)顆粒物濃度>送風(fēng)口處顆粒物濃度>送風(fēng)管處顆粒物濃度；品質(zhì)不佳的室外新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)空調(diào)機(jī)組集中過濾(G4和F7)后達(dá)到送風(fēng)管的塵埃濃度有所下降，新風(fēng)空調(diào)機(jī)組集中過濾效果明顯。

3 結(jié)語

空氣過濾器的設(shè)置位置不同，對新風(fēng)系統(tǒng)的空氣品質(zhì)影響不同，需要進(jìn)一步研究新風(fēng)空調(diào)機(jī)組熱回收裝置和過濾器的布局對空氣品質(zhì)的影響。另外，標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS 16814建筑環(huán)境設(shè)計(jì)—室內(nèi)空氣質(zhì)量—人居環(huán)境室內(nèi)空氣質(zhì)量，應(yīng)有一級至少是F7過濾器(相當(dāng)于國內(nèi)的高中效)，最好用F9過濾器(相當(dāng)于國內(nèi)亞高效)。根據(jù)現(xiàn)有各種新風(fēng)機(jī)組的空氣過濾器配置(送風(fēng)G4和F7，排風(fēng)G5)及其布局，特別是為了有效避免現(xiàn)有新風(fēng)機(jī)組配置的轉(zhuǎn)輪熱回收的滲透再污染，建議F7過濾器合理設(shè)置，至少應(yīng)在轉(zhuǎn)輪熱回收段的后面，把塵菌阻隔于新風(fēng)機(jī)組出風(fēng)口之內(nèi)不使其進(jìn)入送風(fēng)管道。此外，還可進(jìn)一步研究新風(fēng)系統(tǒng)的凈化方式對新風(fēng)品質(zhì)的影響，如采用靜電過濾器或其他形式的過濾器時(shí)新風(fēng)品質(zhì)有沒有提高等等。通過對新風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的研究，進(jìn)一步優(yōu)化新風(fēng)系統(tǒng)，研究出新風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)部件的布局，過濾器性能和凈化方式的最佳設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)機(jī)組性能和效益的最大化。

[1] GB/T 18883—2002，室內(nèi)空氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50365—2005，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)范管理[S].

[3] 劉燕敏，聶一新.空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的清洗對室內(nèi)可吸入顆粒物和微生物的影響[J].暖通空調(diào)，2005，35(2)：31-32.

[4] 劉 錦，劉燕敏.空調(diào)換熱器清洗與節(jié)能效果的分析[J].暖通空調(diào)，2007，37(1)：92-93.

[5] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] ANSL/ASHRAE standard 62.1-2007 Ventilation for Acceotable Indoor Air Quality.

Fresh air purification and indoor air quality of the residential house

Liu Fei Liu Ying

(ZhejiangCollege,TongjiUniversity,Jiaxing314051,China)

Based on particle distribution and PM10 and PM2.5 concentration testing of two new fresh air units in Nanjing and 2 fresh air units in Shanghai at various treatment phases, the paper analyzes whether the new fresh air unit filter performance meets demands and the impact of filter distribution upon new fresh air quality. According to particle concentration varying conditions at various treatment phases, it discusses factors influencing indoor air quality, with a view to continuously improve and perfect new fresh-air-conditioning filtering properties.

filter, air quality, inhalable particle concentration, air-conditioning system

2015-03-07

劉 飛(1986- )，女，助教； 劉 穎(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)14-0130-03

TU831.5

A