全空气空调下建筑室内空气污染物浓度变化规律

邓家龙 DENG Jia-long；余春芳 YU Chun-fang；蔡伟 CAI Wei

（①宁波建工股份有限公司，宁波 315040；②同济大学，上海 200092；③宁波工程学院，宁波 315016）

①Ningbo Construction Co.，Ltd，Ningbo 315040，China；②Tongji University，Shanghai 200092，China；③Ningbo University of Technology，Ningbo 315016，China）

0 引言

随着能源供应的日趋紧张及对室内空气品质的要求越来越高，迫切要求在保持舒适度的前提下，最大限度地降低建筑能耗。空调建筑强调密闭性而引起空气品质不佳，如何解决好节能和室内空气品质的矛盾，是建筑环境领域亟待解决的难题。

近年来，众多学者对建筑室内污染物问题进行了探索[1-4]。然而迄今为止，还未见对全空气空调通风系统室内颗粒状污染物浓度扩散模型的全方面报道。本文拟建立空调房间室内污染物浓度的数学模型，分析各参数对室内污染物浓度的影响关系。

1 数学模型

以全空气集中空调房间（图1）为控制体，由质量守恒定律，可以得出：

式（1）中，V为控制室体积；c为控制室内污染物浓度；τ为运行时间；M为室内产尘量；Qs、Q0分别为送风量和新风量；C0为新风浓度；η1、η2分别为新风过滤效率和回风过滤效率；X为回风旁通系数。当τ→∞时，室内污染物浓度趋于稳定，其表达式为：

图1 室内污染物均匀扩散模型

可以看出，当通风进行到一定时间后，室内污染物浓度受初始浓度的影响逐渐减弱，最终趋于定值。达到稳态时其浓度取决于新风量、新风污染物浓度、回风旁通系数、过滤器效率及室内发生量。

2 结果与分析

2.1 新风量的影响 新风量对室内空气品质的影响较大[3]。将式（2）两侧同时对Q0求导，可得：

可以看出，增加新风量可使污染物浓度降低。式（3）数值一旦大于或等于0，可进行合理调整，使其值小于0，使得增加新风量能改善室内空气品质。

2.2 室外污染物浓度的影响 式（4）给出了室外污染物浓度对室内空气品质的影响规律：

Cr为新风污染物浓度临界值，当C0＞Cr时，增大新风量并不能降低室内污染物浓度。这时需对新风净化，使得C0〈Cr，才能通过增加新风量来稀释室内污染物浓度。因此，实际工况中应动态测定室外污染物浓度，以判定是否要增加新风量。

2.3 新风过滤效率的影响 室内污染物浓度随新风过滤效率增加而减少，其表达式如式（5）所示：

以某办公室为例，分析室内污染物浓度变化规律。已知该办公室占地面积30m2、层高2.5m、人员密度为0.1人/m2、每小时换气6次，测得室外污染物浓度为0.12mg/m3、人均发尘量为10mg/（人·h），回风过滤效率取80%，计算得出该总送风量450mg/h，室内污染物发生量30mg/h。

图2给出了该房间一次回风（X=1）时室内污染物浓度与新风过滤效率在不同新风比下的变化规律。可以看出，当总风量、回风过滤效率、室外粉尘浓度、室内产尘量一定的情况下，存在着一个临界新风过滤效率。当新风过滤效率等于临界效率时，室内含尘浓度与新风量的变化无关；只有当新风过滤效率大于临界效率时，增加新风量才能减少室内颗粒污染物浓度。

图2 室内污染物浓度与新风过滤效率的关系（X=1.0）

2.4 回风旁通系数的影响 为了反映出X的变化对室内浓度的影响，令X变化为nX（0〈n〈1），变化前后平衡时污染物浓度的比值为：

由式（6）可知，kN与新风比N、空气过滤净化效率有关，与室内污染物发生量无关。混合室没有安装空气过滤器或是失效，回风旁通系数的变化并不影响室内污染物浓度的变化。新风比一定时室内污染物浓度与回风旁通系数成反比。

3 结论

本文建立了全空气空调系统室内污染物浓度控制模型，分析了新风量、室外污染物浓度、新风过滤效率和回风旁通系数对室内污染物浓度的影响规律。一次回风方式存在着一个临界新风过滤效率，只有大于该临界效率时，增加新风量才能减少室内颗粒污染物浓度。

[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]张巨光，蔡伟.空调列车室内微环境空气品质评价分析[J].山西建筑,2012,38.

[3]黄虹，曾宝强.室内空气污染及排放源的模拟模型[J].江西科学,2008,26.

[4]何娟.稀释室内颗粒物污染物用一次回风空调系统的优化设计[J].洁净与空调技术,2009,19.