建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用（一）IAQ模型的建立

1、建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用一IAQ模型的建立摘要本文建立了用于模擬分析建筑中無機(jī)污染物IV的揮發(fā)性有機(jī)污染物V的通用室內(nèi)空氣品質(zhì)模型IAQdel。該模型可用來分析目前住宅內(nèi)由于裝修引起的V污染，也可用來分析自然通風(fēng)情況下民用建筑及商業(yè)建筑的室內(nèi)無機(jī)污染和有機(jī)污染情況，還可用于分析不同控制策略時(shí)建筑內(nèi)污染情況。關(guān)鍵詞無機(jī)污染揮發(fā)性有機(jī)物室內(nèi)空氣品質(zhì)1引言室內(nèi)空氣品質(zhì)近年來得到人們廣泛關(guān)注。室內(nèi)空氣品質(zhì)是用來指室內(nèi)空氣的一種特征參數(shù)，要求能滿足人體的熱舒適、與呼吸有關(guān)的氣體如二氧化碳和氧氣的正常濃度及可承受的室內(nèi)污染物濃度1。室內(nèi)空氣污染分為有機(jī)污染如甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物及無機(jī)污染如可吸入顆

2、粒物、氮氧化物等2。文獻(xiàn)3，4，5分別給出幾種用于分析室內(nèi)污染的模型，但這些模型過于簡(jiǎn)單，有的只能用來分析有機(jī)物，有的只能分析無機(jī)物，且都只能在最簡(jiǎn)單情況下應(yīng)用。本文旨在建立一個(gè)通用的室內(nèi)空氣品質(zhì)模型，可以分析各種發(fā)種情況下室內(nèi)空氣的污染狀況。2模型的建立一個(gè)房間可以分為工作區(qū)和非工作區(qū)，兩個(gè)區(qū)的污染狀況不同。房間內(nèi)污染源可以分為兩局部：一局部為與濃度無關(guān)的恒定發(fā)源如人呼吸產(chǎn)生的二氧化碳，只與房間內(nèi)的人數(shù)有關(guān)，另一局部為非恒定源如房間內(nèi)裝修材料毯子等散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)物與房間內(nèi)濃度有關(guān)。房間內(nèi)也可能含有污染的匯即對(duì)污染先吸收以后房間濃度低時(shí)再釋放。工作區(qū)和非工作區(qū)還可放置凈化器。對(duì)無機(jī)污染和有機(jī)

3、污染假定工作區(qū)和非工作區(qū)內(nèi)濃度均勻。無機(jī)污染為恒定污染源，即與房間內(nèi)散發(fā)源與濃度無關(guān)。有機(jī)污染為恒定污染源與非恒定污染源并存。對(duì)非恒定污染源如材料散發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物作如下假定；1材料內(nèi)組成均勻，揮發(fā)性有機(jī)物初始濃度一樣。2材料擴(kuò)散系數(shù)與濃度無關(guān)。3忽略溫度差、電場(chǎng)或磁場(chǎng)等導(dǎo)致的分子擴(kuò)散。4對(duì)于空氣層與固體界面，揮發(fā)性有機(jī)物傳遞過程始終處于平衡狀態(tài)6。5房間有多個(gè)材料散發(fā)多種V時(shí)，認(rèn)為各種V不互相化學(xué)反響或影響。6對(duì)于象毯子這樣的厚材料，認(rèn)為V的散發(fā)或吸收在材料內(nèi)部的傳遞動(dòng)力是濃度差，且為一唯擴(kuò)散傳質(zhì)7，8，9。7對(duì)于象窗簾這樣的薄材料，認(rèn)為V或無機(jī)污染物的散發(fā)或吸收在外表發(fā)生，且遵循朗格繆爾方程

4、10，11。8材料與圍護(hù)構(gòu)造接觸的一面沒有質(zhì)量傳遞，與室內(nèi)空氣之間為對(duì)流傳傳質(zhì)。9材料內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物散發(fā)過程中，不存在化學(xué)反響。10房間工作區(qū)及非工作區(qū)中空氣中污染物濃度均勻。21質(zhì)量守恒方程的建立對(duì)某一區(qū)域有如下質(zhì)量守恒方程12式中：V-表示區(qū)域有效體積-表示區(qū)域濃度；h-表示厚材料外表片的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)；As-表示厚材料的外表積；f-表示厚材料與空氣界在處的空氣濃度；Asn-表示薄材料n的吸附面積；Kan-表示薄材料n對(duì)污染的當(dāng)量傳質(zhì)系數(shù)；sn-表示薄材料n的外表濃度；Qi-第I股氣流的風(fēng)量；ai-進(jìn)入該區(qū)域的第I股氣流的濃度；0-表示該區(qū)域的初始濃度；Spl-表示第l個(gè)恒定污染源的產(chǎn)生量。

5、2.2ai的幾種形式方程1中與Qi相對(duì)應(yīng)的ai有以下幾種形式：1自相鄰區(qū)域流入，那么有下式成立：ai=aj3式中：ai-表示相鄰區(qū)域的濃度。2經(jīng)過風(fēng)道時(shí)入此區(qū)域，當(dāng)氣流進(jìn)入風(fēng)道的濃度為a時(shí)，那么有下式成立：ai=Ea04式中：E-為第i路氣流風(fēng)道的沉降率。3通過窗戶等孔隙直接進(jìn)入該區(qū)域，那么有下式成立：ai=a5式中：a-表示室外污染物濃度4濃度為的a1空氣經(jīng)過凈化裝置，那么有下式成立：ai=a1Pi6式中：Pi-表示第i股氣流凈化裝置的空透率。5當(dāng)回風(fēng)經(jīng)過回風(fēng)道，再經(jīng)過凈化裝置后，與新風(fēng)混合，通過送風(fēng)道送入該區(qū)域，那么有下式成立：7式中：r-表示回風(fēng)比；Ehi-第I股氣流回風(fēng)道的沉降率；Ph

6、i-表示第i股氣流回風(fēng)道上凈化裝置的穿透率；Esi-第I股氣流送風(fēng)道的沉降率。23非恒定污染源方程由模型假設(shè)可知：厚材料內(nèi)的濃度方程如下：8方程8的初始條件為：=09方程8的邊界條件為：10 x=L時(shí)11x=L=Kvf12薄材料或外表材料n外表由于吸附及解吸附而引起的濃度變化方程如下：13方程13的初始條件為：sn=sn014式中：-表示厚材料中的濃度；D-表示厚材料的擴(kuò)散系數(shù)；-表示時(shí)間；x-表示厚材料的擴(kuò)散方向線性尺寸；L-表示厚材料的厚度；Kv-表示厚材料外表處V的平衡常數(shù)；0-表示厚材料內(nèi)V的初始濃度；Ln-表示薄材料n的當(dāng)量厚度；sn0-表示薄材料n外表的V初始濃度。室內(nèi)污染物由多種

7、成分組成，忽略各種污染物質(zhì)之間的互相作用，那么各種污染物質(zhì)即可分別用上而一組方程描繪其變化。然而實(shí)際上空氣中，可以認(rèn)為各種污染物質(zhì)不發(fā)生作用，但對(duì)凈化裝置如吸附器、過濾器和光觸媒設(shè)備而言，它們會(huì)對(duì)幾種污染物共同起作用，此時(shí)設(shè)備的穿透率那么需要修正后才可真正反映這一互相影響。3舉例設(shè)某辦公室尺寸5433，房間內(nèi)有一個(gè)膠合板1和一個(gè)窗簾2組成。1內(nèi)有一種揮發(fā)性有機(jī)物苯，其尺寸為520.02(3)，1的物性如表1所示。窗簾作為外表材料，它的吸附外表積為10002，當(dāng)量厚度為1，對(duì)苯的當(dāng)量傳質(zhì)數(shù)Kan為0.25/h。假定空氣流過材料時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)為1.65/h。室內(nèi)人員分布如表2所示，假定室內(nèi)每人活

8、動(dòng)所產(chǎn)生的可吸入顆粒物為10g/h，每人送新風(fēng)量為503/h。室內(nèi)沒有其污染源。1的物性參數(shù)表1內(nèi)容1苯初始濃度0g/39103苯擴(kuò)散系數(shù)D2/s1.4210-10平衡常數(shù)Kvn1416室內(nèi)人員分布表2時(shí)刻h18:008:008:0012:0012:0014:0014:0018:00人數(shù)個(gè)525空氣的物性參數(shù)為D=0.0272/h，=1193g/3，=66.52g/(h)，v=0.0562/h，S=2.065室內(nèi)污染包括無機(jī)污染和有機(jī)污染，無機(jī)污染中最主要的是可吸入顆粒物、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等。而有機(jī)污染那么是由于建筑裝飾材料散發(fā)出的揮發(fā)性有機(jī)物顆粒物、二氧化硫及苯的濃度情

9、況，及表3所列的各種情況下房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度與時(shí)間變化關(guān)系。當(dāng)房間內(nèi)有回風(fēng)時(shí)，假設(shè)回風(fēng)量與新風(fēng)量相等，忽略風(fēng)道的沉降率。通風(fēng)情況表3情況工作區(qū)體積百分比工作區(qū)送風(fēng)新風(fēng)道空透率回風(fēng)情況回風(fēng)道空透率排風(fēng)位置情況11100%1無無工作區(qū)情況111100%0.3無無工作區(qū)情況121100%1工作區(qū)0.3工作區(qū)情況20.890%1無無非工作區(qū)情況210.890%0.3無無非工作區(qū)情況220.890%1非工作區(qū)0.3非工作區(qū)情況230.820%1非工作區(qū)0.3非工作區(qū)4模擬結(jié)果圖1到圖6為通風(fēng)情況1時(shí)房間內(nèi)有機(jī)污染和無機(jī)污染的濃度與時(shí)間關(guān)系。從圖中以看出，由于新風(fēng)的作用，房間內(nèi)可吸入顆粒物、二氧化硫濃

10、度隨時(shí)間變化而變化，由于新風(fēng)的延遲作用，使得房間內(nèi)的濃度峰值與室外不一致。對(duì)于可及入顆粒物，由于夏季和冬季室外濃度有些時(shí)間內(nèi)超過標(biāo)準(zhǔn)，致使全新風(fēng)運(yùn)行時(shí)房間內(nèi)吸入顆粒物濃度也超標(biāo)。二氧化硫在冬季由于室餐濃度超過允許值，室內(nèi)濃度由于新風(fēng)氣作用也超過允許值。對(duì)于二氧化碳，當(dāng)每人送風(fēng)量為503/h時(shí)，室內(nèi)平衡濃度為638pp。當(dāng)送入房間的新風(fēng)量為603/h，即換氣次數(shù)為1h-1時(shí)，房間內(nèi)平衡濃度為1520pp。房間內(nèi)有機(jī)苯的濃度隨著時(shí)間而減小，在第三天即到達(dá)允許值。圖17月1日房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度圖212月1日房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度圖37月1日房間內(nèi)二氧化硫濃度圖412月1日房間內(nèi)二氧化硫濃度圖5房

11、間內(nèi)二氧化碳濃度圖6房間內(nèi)苯濃度圖7情況1情況12房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度圖8情況2情況23房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度由圖7可知，新風(fēng)道和回風(fēng)道不裝過濾器時(shí)房間內(nèi)濃度最高，新風(fēng)道上裝過濾器時(shí)房間內(nèi)濃度低于回風(fēng)道上裝過濾器時(shí)的濃度。這是由于影響室內(nèi)的可吸顆粒物濃度的因素有室外新風(fēng)及室內(nèi)產(chǎn)生源，這與兩種因素所因引的污染量有關(guān)。圖8是把一個(gè)房間分為工作區(qū)和非工作區(qū)，房間下部為工作區(qū)，所占體積為房間體積的80%，房間上部為非工作區(qū)。送風(fēng)及回風(fēng)都從房間頂部進(jìn)出房間，即從非工作區(qū)分開房間，可吸入顆粒物污染源即人在工作區(qū)內(nèi)。從圖中同樣可以看出，當(dāng)過濾器裝在新風(fēng)道上時(shí)房間內(nèi)的可吸入顆粒物濃度低于裝在回風(fēng)道上時(shí)的濃度

12、，當(dāng)送風(fēng)效率低時(shí)，房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度升高。5結(jié)論由于目前民用建筑及商業(yè)建筑內(nèi)室內(nèi)空氣品質(zhì)越來越重要，為此本文建立的室內(nèi)空氣品質(zhì)模型(IAQdel可用來分析室外污染源、室內(nèi)污染源及處理設(shè)備對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響，不僅可用來分析各種情況下的室內(nèi)無機(jī)污染和有機(jī)污染情況，也可用于分析不同控制策略時(shí)建筑內(nèi)污染情況。參考文獻(xiàn)1dsJE.Ventilatindelsfrindrairquality,ventilatin,85.Asterda:Elsevier,1986:3352.2成通寶，江億，室內(nèi)空氣品質(zhì)及其改善途徑，全國暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)文集3ASHRAEStand.ANSI/ASHRAE

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