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新建居住建筑细颗粒物控制测试比较分析
时间:2019-11-21   作者:朱春 李文迪 樊娜    来源:上海市建筑科学研究院

    摘 要:当前室外大气灰霾污染天气下,室内细颗粒物污染控制已引起广泛关注。本文选择某新建建筑2户住宅公寓进行多次颗粒物浓度实测,对比使用空气净化、新风过滤技术产品对室内PM2.5的实际净化效果。测试结果发现,房间客厅、主卧、次卧在无新风和净化条件下,是室外平均浓度的51.5%、16%、21.7%。室外严重灰霾条件下,同时开启新风机+房间空气净化器下,各功能房间室内PM2.5得到有效控制,客厅、主卧、次卧房间PM2.5浓度为室外的16.3%、9.4%、10.6%,对应房间的新风过滤与净化的综合净化效率分别为73.2%、39%、47.2%。

   关键词:空气净化,PM2.5,PM10,实测,I/O比



    当前我国正面临大范围的严重大气灰霾天气,由此引发的细颗粒物(PM2.5)对人群健康效应已引起国内广泛关注[1,2]。高浓度的室外细颗粒物可通过机械通风、自然渗风、人员进出等方式进入室内,成为室内重要的颗粒物污染源。由于绝大多数人70%~90%的时间是在室内度过,对病弱人群在室内停留时间则会更长,因此控制室内环境细颗粒物浓度水平对居民健康显然具有重要意义。利用空气净化器可降低室内细微颗粒物浓度,是居住住宅控制PM2.5的有效途径。本文选择某新建建筑2户公寓式住宅进行对比实测,重点关注空气净化产品对室内PM2.5的实际净化效果。

1   实测工况

    测试地点于上海市某新建小区公寓住宅楼,该项目按照国家绿色二星建筑标准建造,每个公寓内集成采用了机械式新风过滤集中送风和功能房间空气净化技术。测试选择2个相同功能房间布局的住宅(如图1),新风机安装在厨房吊顶区,经过新风集中过滤后,通过软接风管分别引入客厅、主卧、次卧房间,并在这3个房间吊顶区分别设置净化装置,以实现房间独立空气净化功能。 


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图1 住宅房间布局

    测试于2013.12~2014.1冬季期间,选择住宅A、住宅B进行对应现场实测,测试中室内无人员,各功能房间门窗均不开启,以保证房间密闭。按照房间功能分区,测试选择客厅(包括餐厅区)、主卧、次卧3个典型测点,测点位于每个房间中心区,高度约0.6m,可以代表房间总体污染情况。试验工况如表1,住宅A不开新风系统和净化装置,作为无净化方式房间本底背景浓度(工况1),其它工况选择住宅B进行对比测试。此外试验于建筑物外上风向的空地处设置一个采样点,作为室外周围环境颗粒物浓度。

表1 试验工况

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    颗粒物浓度测试采用3台DUSTRAKT II-8530b气溶胶监测仪,可实现PM2.5、PM10计重浓度连续采样测试,采样流量1.4L/min,测试分辨率±0.002mg/m3,试验中整理为每小时

平均结果。测试前,在试验室内应用崂应2050D空气采样器滤膜称重法与3台气溶胶监测仪进行测试比对,对3台仪器均进行数据修正:。

2   测试与分析

2.1 基本参数

    通过实测住宅B各房间尺寸、新风口尺寸、以及新风口出口风速,整理计算房间体积、实际新风量,结果如表2,由此计算客厅、主卧、次卧的换气次数分别为1.6、2.1、4.4次/h。客厅、主卧、次卧的净化器风口风速分别为2.8、3.1、3.6m/s,对应风量分别为717、780、912m3/h。

表2 房间新风量与空气净化器风量

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2.2 颗粒物测试-工况1(背景浓度)

    工况1在房间无通风净化条件下,多次测试住宅A室内背景浓度与室外环境浓度(图2)。室外、客厅、主卧、次卧房间的PM2.5平均浓度分别为239±178 μg/m3、123±83 μg/m3、39±21μg/m3、52±30 μg/m3,可见在住宅内各自密闭的不同功能房间内,各功能分区存在明显差异。主卧、次卧房间平均浓度仅为对应室外环境的16%和21.7%,较客厅的密闭性自防护效果良好(51.5%),可阻挡大部分的室外细颗粒物污染。在室外PM2.5> 150μg/m3下,客厅的PM2.5浓度普遍> 75μg/m3,参考室外环境空气标准与WHO推荐室内PM2.5相关标准,应采用空气净化措施。

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图2 PM2.5背景浓度

    图3给出不同室外环境浓度下的室内/室外PM2.5浓度比(I/O), 发现在室外颗粒物浓度高、低情况下,I/O比的趋势有明显差异,即室外颗粒物穿透房间围护结构水平不同。以客厅为例,室外PM2.5<200μg pm2.5="">200μg/m3时, I/O可认为稳定值(0.45±0.09)。可见在室外严重灰霾条件下,由于室内围护结构的过滤效果增强,自防护性能提高,室内PM2.5不会剧烈升高。

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图3 房间PM2.5颗粒物 I/O比

    图4显示客厅、主卧、次卧测试PM10平均浓度水平,分别是室外环境PM10浓度的55.2%、20.2%、24.8% ,各房间的PM10与PM2.5的I/O比值的对应结果一致。室内与室外环境颗粒物中,PM2.5细粒子均占主要部分,室外、客厅、主卧、次卧PM2.5/PM10比值分别为0.92、0.83、0.71、0.77,可见室内污染主要是PM2.5引起的细粒子污染。

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图4 PM10颗粒物水平

2.3 工况2

    工况2对住宅B单开新风系统、无净化条件24h后测试,与住宅A背景浓度的对比如图5。结果可见开启新风的客厅、主卧、次卧的PM2.5浓度为18μg/m3、17μg/m3、25μg/m3,分别为对应住宅A浓度的41.7%、106.4%、132.2%。根据前文2.1节,客厅、主卧、次卧的新风换气次数分别为1.6、2.1、4.4次/h,房间新风换气量与房间颗粒物浓度成正相关性。测试对应室外环境浓度为50μg/m3,新风机对室外颗粒物后的过滤效率为50~66%。此时住宅B主卧、次卧房间浓度将高于住宅A对应房间PM2.5 浓度,由此判断使用的新风机对低浓度环境(<50μg/m3)的过滤效果不佳,集中过滤后空气颗粒物浓度高于主卧、次卧房房间本底环境浓度,进入室内后引起房间浓度升高。

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图5 开启新风系统的PM2.5浓度对比

2.4 工况3

房间单独开启/不开启空气净化器的室内PM2.5对比浓度如图6。室外环境浓度202 μg/m3,经过12h过滤后,房间B的客厅、主卧、次卧浓度基本相同,分别为15、16、15 μg/m3,仅为住宅A对应房间浓度的25.1%、30.9%、30.4%。计算空气净化器对房间PM2.5的过滤效率为65~70%。

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    图6 开启空气净化器的PM2.5浓度对比

2.5 工况4

    工况4选择在室外严重灰霾天气下测试,测试期室外PM2.5浓度稳定,平均浓度521±86 μg/m3。表3为房间净化4 h的时均平均浓度结果,住宅A的客厅、主卧、次卧与室外背景浓度比值(即I/O比)分别为0.45、0.13、0.2。在无净化设备下,此时主卧房间浓度仅为69μg/m3。即使无净化措施下,房间浓度也小于75μg/m3的标准要求,可见良好的房间围护结构密闭性是建筑防护室外严重灰霾污染的主因。

住宅B同时开启新风机+房间空气净化器,此时客厅、主卧、次卧PM2.5仅为室外背景浓度的16.3%、9.4%、10.6%。比较住宅A,计算得客厅、主卧、次卧房间PM2.5综合净化效率分别为73.2%、39%、47.2%,可见在室外严重灰霾条件下,PM2.5本底浓度高的客厅房间的设备净化效率高,有效降低房间浓度至85μg/m3,略为高于75μg/m3的标准要求。

    表3 4h净化PM2.5浓度均值对比(μg/m3) QQ图片20150129124646.png

    对房间的逐时浓度净化水平,以客厅为例(如图7),房间新风和净化设备在运行1h、2h、3h、4h的颗粒物浓度下降至119、89、68、65μg/m3,下降率分别为36.8%、25.2%、23.2%和5.1%,可见新风及净化设备在运行3h后,房间浓度基本稳定。

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图7 开启新风+净化设备客厅房间的PM2.5浓度变化对比

3   结语

    本文分析讨论了某新建公寓式住宅不同工况下对室内PM2.5的控制效果。发现各功能房间颗粒物浓度I/O比有明显差异,良好的房间围护结构密闭性可以是建筑防护室外严重灰霾污染的主因。房间新风换气量与房间颗粒物浓度成正相关性,可见采用有效的新风过滤措施的可以防止细颗粒物直接侵入室内。在严重灰霾条件下,对房间密闭功能效果差的房间,采用空气净化器的净化效率高,可以有效控制室内PM2.5污染。

    作者邮箱:zhuchuncn@163.com。


注:本课题受十二五科技支撑计划资助(课题编号:2012BAJ02B09)


参考文献

[1] 阚海东. 雾霾天气下的细颗粒物污染和居民健康. 中华预防医学杂志[J],2013,47(6): 491-493

[2] 白志鹏,蔡斌彬,董海燕,等.灰霾的健康效应.环境污染与防治[J],2006,28 (3): 198-200

[3] 环境;げ,国家质量监督检验检疫总局. GB3095-2012 环境空气质量标准[S].

[4] World Health Organization. Guideline for indoor air quality: selected pollutants[S].2010