李楠 李宜浩

摘 要：以北京地區(qū)某大型超市為研究對(duì)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)的室外PM2.5的計(jì)重濃度，以及各類過(guò)濾器的合理匹配，結(jié)合終阻力的合理范圍，設(shè)計(jì)了串聯(lián)式過(guò)濾器，使室內(nèi)空氣達(dá)到國(guó)家合格標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)分析得到了一些有價(jià)值的結(jié)論，為北京地區(qū)新風(fēng)空調(diào)器的研制提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：PM2.5;新風(fēng)空調(diào)器;過(guò)濾效率;阻力

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，健康的室內(nèi)環(huán)境是人人向往的目標(biāo)，室內(nèi)空氣品質(zhì)與人們健康息息相關(guān)，一些常見(jiàn)疾病如肺心病、心血管病、癌癥等均與顆粒物污染及其復(fù)合污染有關(guān)。近年來(lái)我國(guó)大氣中PM2.5（空氣動(dòng)力學(xué)直徑da<2.5μm）的污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，困擾我國(guó)北京地區(qū)的大范圍霧霾污染時(shí)有發(fā)生，霧霾天氣下，室外PM2.5濃度升高，嚴(yán)重危害人體健康?？刂剖覂?nèi)空氣的有害PM2.5濃度水平，通過(guò)合理的配置過(guò)濾器，同時(shí)使已成了空氣環(huán)境保障系統(tǒng)必須面對(duì)的問(wèn)題[1]。在室外大氣污染難以短期根治的情況下，本文從過(guò)濾器的過(guò)濾效率及終阻力應(yīng)用角度闡述新風(fēng)空調(diào)器對(duì)北京某商業(yè)綜合體室外新風(fēng)進(jìn)行控處理的方法，合理比較后選出合適的過(guò)濾器，以期能為相關(guān)人員提供一些有益的參考。

2 室外污染源

室外大氣PM2.5濃度的變化相當(dāng)大，與時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件、氣象等諸多因素有著密切的關(guān)系。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ633—2012《環(huán)境控制質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》給出了空氣質(zhì)量指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[2]，規(guī)定室外空氣質(zhì)量指數(shù)類別為優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴(yán)重污染，對(duì)應(yīng)的PM2.5的24h均值范圍分別為：0～35μg /m3、35～75μg/m3、75～115μg/m3、115～150μg/m3、150～250μg/m3、250～500μg/m3。本工程商業(yè)綜合體臨街，PM2.5波動(dòng)范圍在0～720μg/m3。按我國(guó)PM2.5標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，該臨街道路污染頻率較高，其中約有47.4%時(shí)刻滿足日均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（<75μg/m3），輕度污染、中度污染、重度污染、嚴(yán)重污染所占比例為11.8%、7.2%、12.5%、21.1%。

3 室內(nèi)PM2.5控制標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)是PM2.5污染嚴(yán)重的國(guó)家，近些年來(lái)整體呈PM2.5高污染態(tài)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)污染尤為顯著。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展城市汽車保有量的迅速增加，城市大氣中小顆粒物所占比例不斷增大，更應(yīng)該關(guān)注PM2.5對(duì)人體健康的危害，所以我國(guó)應(yīng)盡快制定PM2.5的室內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)。GB18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》給出的可吸入顆粒物（PM10）的日平均值150μg/m3，參考WHO標(biāo)準(zhǔn)中PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度比為0.5，估計(jì)今后出臺(tái)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) PM2.5的日平均濃度可高達(dá)75μg/m3左右。國(guó)家環(huán)保部發(fā)布的GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[2]規(guī)定“居民區(qū)的PM2.5的年平均濃度不得超過(guò)35μg/m3，PM2.5的24小時(shí)平均濃度不得超過(guò)75μg/m3?！?/p>

4 新風(fēng)空調(diào)器的設(shè)計(jì)要求

為了降低室內(nèi)PM2.5的濃度，達(dá)到提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的，需要在新風(fēng)機(jī)組中配置空氣過(guò)濾器。在對(duì)空氣過(guò)濾器進(jìn)行設(shè)計(jì)選型時(shí)，首先要確定室內(nèi)外的設(shè)計(jì)濃度。對(duì)于新風(fēng)機(jī)組來(lái)說(shuō)，入口濃度即為PM2.5室外設(shè)計(jì)濃度，出口濃度為PM2.5室內(nèi)設(shè)計(jì)濃度（假定室內(nèi)無(wú)其他污染源）。

5 空氣過(guò)濾器分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

不同國(guó)家、地區(qū)對(duì)于空氣過(guò)濾器的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，一般按效率進(jìn)行分級(jí)，即根據(jù)其過(guò)濾效率進(jìn)行等級(jí)區(qū)分。表1為我國(guó)空氣過(guò)濾器分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

6 空氣過(guò)濾器的效率

根據(jù)含塵濃度計(jì)量方法的不同，過(guò)濾器的效率分為計(jì)重效率、計(jì)數(shù)效率以及比色效率或濁度效率。一般采用過(guò)濾器氣流的進(jìn)出口濃度來(lái)表示效率：

式中：η—除塵器的全效率（%）;—進(jìn)入除塵器的粉塵量（μg/s）;—除塵器除下的粉塵量（μg/s）;—除塵器入口風(fēng)量（m3/s）;—除塵器出口風(fēng)量（m3/s）;—除塵器入口濃度（μg/m3）;—除塵器出口濃度（μg/m3）。

本工程新風(fēng)機(jī)組進(jìn)風(fēng)濃度（除塵器入口濃度）按最不利情況選取，取500μg/m3;新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)濃度（除塵器出口濃度）室內(nèi)按75μg/m3來(lái)考慮。除塵器入口風(fēng)量與除塵器出口風(fēng)量均相等，所以新風(fēng)機(jī)組的過(guò)濾器，過(guò)濾效率低的在前，過(guò)濾效率高的在后，并且串聯(lián)。不同等級(jí)過(guò)濾器，其串聯(lián)效率可由下式計(jì)算：

為了使過(guò)濾效率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，確保過(guò)濾器滿足室內(nèi)使用工況要求，先經(jīng)過(guò)粗效4過(guò)濾器、中效1過(guò)濾器，再經(jīng)過(guò)高中效過(guò)濾器，并且假定系統(tǒng)漏風(fēng)率為0，經(jīng)過(guò)試算得到，滿足過(guò)濾要求。

傳統(tǒng)過(guò)濾器串聯(lián)形式如圖2所示：

7 空氣過(guò)濾器的阻力

以上通過(guò)過(guò)濾效率的匹配，分析確定了過(guò)濾器串聯(lián)的形式和種類。但這些傳統(tǒng)的過(guò)濾器通過(guò)表2的終阻力數(shù)值可以看出，終阻力之和達(dá)到了460Pa，而常用的新風(fēng)空調(diào)器過(guò)濾器阻力只有大約50Pa，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的壓頭增大。所以選擇阻力小的過(guò)濾器尤為重要，

根據(jù)除塵效率的大小將靜電除塵器分為低效除塵器（50%-80%）、中效除塵器（80%-95%）和高效除塵器（95%以上）[3]。而目前正在使用的靜電除塵器基本都屬于高效除塵器，本文取95%。靜電除塵器的阻力一般為100-200Pa，本文取100Pa。尼龍網(wǎng)過(guò)濾器一般用在新風(fēng)機(jī)組、風(fēng)口等與外界空氣直接接觸的場(chǎng)合，作為空調(diào)系統(tǒng)的初級(jí)過(guò)濾使用，計(jì)重效率達(dá)到65%，初阻力≤15Pa，終阻力取30Pa。尼龍網(wǎng)過(guò)濾器在前，靜電過(guò)濾器在后，根據(jù)串聯(lián)形式的過(guò)濾效率公式，滿足過(guò)濾要求。

過(guò)濾器總阻力為30+100=130Pa，而傳統(tǒng)的過(guò)濾器為粗效過(guò)濾器，阻力為50Pa。因此這種過(guò)濾器的阻力比傳統(tǒng)的新風(fēng)空調(diào)器過(guò)濾器阻力50Pa大了80Pa。由于過(guò)濾器總阻力是固定值，沒(méi)法減少，而且新風(fēng)空調(diào)器表冷器的阻力值100固定不變，所以只能從風(fēng)管余壓入手通過(guò)減少風(fēng)管段的長(zhǎng)度來(lái)抵消掉這一部分阻力損失。

8 設(shè)計(jì)算例

本工程新風(fēng)空調(diào)機(jī)組風(fēng)管總長(zhǎng)度60m，總風(fēng)量3000m3/h，風(fēng)管在走廊布置，每隔8.3m分別為兩個(gè)商鋪房間送新風(fēng)，商鋪總數(shù)15間。送風(fēng)支管與總管垂直，主管最大干管長(zhǎng)邊為a=650mm，短邊b=200mm，支管道長(zhǎng)邊為a=120mm，短邊為b=120mm。每個(gè)商鋪面積25m2，選擇06H型號(hào)的風(fēng)機(jī)盤管，商鋪新風(fēng)量為200m3/h。新風(fēng)管道平面圖布置如圖3所示：6H

通過(guò)軟件的風(fēng)管水力計(jì)算，得到風(fēng)管的余壓為346Pa。風(fēng)系統(tǒng)水力計(jì)算表如表2所示，風(fēng)系統(tǒng)局部阻力匯總表如表3所示。

單位管長(zhǎng)比摩阻為=5.83Pa/m，再用=13.72m，所以新風(fēng)空調(diào)機(jī)組風(fēng)管總長(zhǎng)度比原來(lái)節(jié)約13.72m。

9 結(jié)論

新風(fēng)空調(diào)器把室外污染的大氣處理能否處理到到合理的狀態(tài)，在很大程度上取決于過(guò)濾器是否具有良好的設(shè)計(jì)，以及多余阻力是否能夠通過(guò)減少管段長(zhǎng)度合理消除。本文從通過(guò)對(duì)選擇過(guò)濾器分析得到的結(jié)果來(lái)看，采用尼龍網(wǎng)過(guò)濾器+靜電除塵器的方式，按照所給公式依次進(jìn)行計(jì)算，最終計(jì)算結(jié)果表明過(guò)濾效率能夠達(dá)到要求。通過(guò)所選擇的過(guò)濾器阻力與傳統(tǒng)的過(guò)濾器阻力比較，結(jié)合實(shí)際算例可以得出結(jié)論，將原管段減少13.72m來(lái)補(bǔ)償多余的阻力滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1]曹國(guó)慶，謝慧等.公共建筑室內(nèi)PM2.5污染控制策略研究[J].建筑科學(xué)，2015，31（4）：40-44

[2]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站.環(huán)境控制質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）HJ633—2012[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

[3]黎敏.生產(chǎn)車間SBS粉塵污染控制技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2007

作者簡(jiǎn)介：

李楠，1981年8月23日生，碩士研究生，設(shè)計(jì)員，中級(jí)工程師