住宅新风净化与室内空气品质

刘 飞 刘 颖

(同济大学浙江学院，浙江 嘉兴 314051)

住宅新风净化与室内空气品质

刘 飞 刘 颖

(同济大学浙江学院，浙江 嘉兴 314051)

通过对南京和上海的各两台新风机组处理段的颗粒分布和PM10，PM2.5的浓度测试，分析了新风机组过滤器的性能以及过滤器的布置位置对新风品质的影响，并根据各处理段颗粒物浓度变化情况研究了影响室内空气品质的因素，以不断完善与优化新风空调过滤系统的性能。

过滤器，空气品质，可吸入颗粒物浓度，空调系统

1 概述

采用空气过滤设备是改善室内空气品质最有效的方法，同时可以降低建筑和空调系统的维护和清洗费用。资料表明仅设一组粗效过滤器，空气的洁净度不易满足要求，故推荐采用两级过滤。本课题研究新风系统配置了粗效过滤器G4和高中效过滤器F7的空气过滤器后对空气品质的影响，并且对上海和南京的典型住宅的夏季新风系统的可吸入颗粒物浓度进行了测试和分析。针对当地大气颗粒物的污染情况，对过滤器的配置与运行效果进行研究分析，从而完善与优化新风空调过滤系统性能。

2 新风空调系统的过滤性能

2.1 新风系统可吸入颗粒物浓度测试

在南京和上海分别选择两个典型住宅用的新风空调机组，测试机组的新风引入口、过滤器前后、表冷器前后、新风出口、机组排风入口和出口等的PM10和PM2.5可吸入颗粒物，尘埃粒径分布浓度。

新风系统如图1和图2所示。

由图1和图2的布置图可以看出，南京机组G4和F7过滤器先串联对新风进行集中过滤，新风过滤后再通过转轮换热器和表冷器；而上海机组新风先经过G4过滤器，再通过转轮换热器和表冷器，最后再通过F7过滤器。

2.2 新风空调机组过滤器性能分析

根据规范规定，G4级粗效过滤器在额定风量下的计数效率为70%≤η<90%(对粒径>5 μm)，F7级的高中效过滤器的额定风量下的过滤效率为70%≤η<99%(粒径>1 μm)，F5级的中效过滤器在额定风量下的过滤效率为30%≤η<50%(粒径>1 μm)。南京新风空调系统采用的是G4和F7两级过滤器串联的形式，式(1)为两级串联过滤器的效率计算公式，若按照规范要求的G4和F7的最低效率值，即G4取70%，F7取70%，可计算串联后允许的最低效率为0.91。

η=1-(1-η1)(1-η2)

(1)

其中,η1为第一级过滤器的效率；η2为第二级过滤器的效率。

根据测试得到的各个机组的粒径分布数值，可计算出各个过滤器的计数效率，计数效率按照式(2)进行计算：

(2)

其中，Ni后为过滤器后某一粒径范围内的颗粒数；Ni前为过滤器前某一粒径范围内的颗粒数。

经过计算，各个机组过滤器的效率如表1所示。

表1 新风机组过滤器计数效率

根据以上计算结果可知，6组过滤器(包括2组串联过滤器)中，除了上海1号机组G4 过滤器(70%～90%)和上海2号机组F7(70%～90%)满足规范要求外，其他4个过滤器的效率都低于规范要求的最低效率，南京两台机组采用G4 和F7 过滤器串联效果并不理想，串联效率都远低于0.91，特别是南京2号机组，串联效率仅为47.8%。对比过滤器的更换时间，南京的G4过滤器1周清洗1次，当天刚刚清洗过，F7在两周前更换过(原计划是1季度更换1次)，尽管G4刚刚清洗，F7也更换没有多久，但是两者的串联效果并不理想，可能有两方面的问题：1)由于G4清洗效果不理想，对F7的保护作用不是很明显；2)可能F7过滤器1季度更换1次的频率偏低，其在2周时已经效率偏低。

上海1号机组效率偏低的F7过滤器1个多月前更换过(原计划1季度更换1次)，说明1季度更换1次频率偏低，过滤器在使用1个月已经效率偏低；满足要求的G4 过滤器5 d前更换过。上海的2号机组的更换时间和上海1号机组的更换时间相同，但结果却和1号机组不同，F5和F7过滤器是满足要求的，而G4 过滤器却不满足要求。由过滤器的效率失效和更换情况可见，单纯按照时间来更换过滤器并不合理，有可能出现还未到时间，过滤器已经失效的情况，最好对过滤器的效率进行监控，在检测到过滤器效率较低时及时地进行更换。

2.3 新风机组过滤器布置位置的影响

南京小区新风机组的G4和F7是紧密相邻设置在转轮和表冷器前，而上海新风机组的空气过滤器G4和F7分开设置在转轮、表冷器的前和后，两者的不同布局对新风的过滤效果以及转轮和表冷器积尘对新风的污染，都有着不同程度的影响。根据南京和上海机组各段的PM10和PM2.5颗粒物浓度测试结果，可计算出经过两级过滤以及表冷器和转轮换热器后的颗粒浓度下降的相对值，利用计算结果初步分析哪种新风机组的布置方式有利于颗粒物浓度的下降。南京机组需计算经过表冷器后颗粒物浓度相对于过滤器G4前的颗粒物浓度的下降值，即按照式(3)来计算，计算结果见表2。

(3)

上海机组需计算经过F7后颗粒物浓度相对于G4前颗粒物浓度的下降值，即按照式(4)计算，计算结果见表2。

(4)

其中，λ为颗粒物浓度的下降值；X为颗粒物浓度。

表2 新风机组可吸入颗粒物浓度下降值

对比上海机组和南京机组PM10和PM2.5的下降值，上海机组PM10和PM2.5的下降值要分别大于南京机组的PM10和PM2.5的下降值，因此上海机组G4过滤器和F7过滤器分开设置的布置方式稍优于南京机组将G4和F7过滤器集中设置的布置方式，分开设置可能有利于减少表冷器和转轮式换热器的二次污染的影响。由于新风空调系统的过滤效果还受其他很多因素的影响，包括过滤器的过滤效率，表冷器表面积尘的影响，转轮换热器引起的新风回风交叉污染的情况等等，因而新风空调系统的过滤器布局形式需要进一步研究。

2.4 新风空调系统的可吸入颗粒物浓度变化分析

通过汇总各阶段新风可吸入颗粒物浓度的变化(见图3，图4)，进一步分析可吸入颗粒物浓度与室内空气品质之间的关系。

根据4个新风机组的颗粒物浓度变化可以看出，PM10 和PM2.5 可吸入颗粒物浓度从新风机组的室外新风引入口进入新风机组后有所下降。这显然与新风过滤网(滤网对可吸入颗粒物无任何过滤效果)、防雨百叶严重积尘、新风机组吸入段的清洁保养欠佳有关；上海新风机组室外新风引入口颗粒物浓度比南京机组的新风引入口颗粒物浓度高，也与测试期间当地区域的大气环境质量有关；南京小区所在的奥体区域的环境质量指数较低(API指数为1级污染)，上海小区所在的宝山地区的奥体区域的环境质量指数较高(API指数为2 级污染)。室外新风机组经过新风空调机组的空气过滤器G4(或F7)后，尽管PM10和PM2.5可吸入颗粒物浓度值有所下降，但在转轮换热段和表冷段的可吸入颗粒物浓度均有不同程度的提高，这显然与转轮换热器和表冷器的积尘有关，特别是南京2台机组的转轮换热器的旁通风门没有关闭(根据现场操作人员介绍，是为了保证足够的风量)，这样经过G4 和F7 过滤后的新风又可能被排风污染。同时由于送风机和排风机的风压配置与调试不佳，使得转轮换热器段处的压力不合理，造成排风与新风互相交叉渗透和交叉污染。分析每个新风机组出风到各用户端的送风口颗粒数变化可见，PM10和PM2.5可吸入颗粒物的浓度略有升高，与经过表冷器处理后的空气携带水汽有关，但可吸入颗粒物颗粒数(除上海2号送风管内积尘严重超标再污染外)均有显著下降，显然与表冷器后湿润的颗粒物在风管内沉降有关。经过新风空调机组处理，通过送风主管、干管和支管后的颗粒物浓度较低的新风，进入送风静压箱再由室内送风口送入室内，由于室内人员、家具和装修等污染作用，使室内颗粒物浓度明显升高(包括PM10，PM2.5和颗粒物总数)。相关研究表明，室内人员活动和物品及装修等是空调房间室内的主要污染源。总体分析室外、送风管、送风口、室内的颗粒物浓度关系：室外颗粒物浓度>室内颗粒物浓度>送风口处颗粒物浓度>送风管处颗粒物浓度；品质不佳的室外新风经过新风空调机组集中过滤(G4和F7)后达到送风管的尘埃浓度有所下降，新风空调机组集中过滤效果明显。

3 结语

空气过滤器的设置位置不同，对新风系统的空气品质影响不同，需要进一步研究新风空调机组热回收装置和过滤器的布局对空气品质的影响。另外，标准ISO/DIS 16814建筑环境设计—室内空气质量—人居环境室内空气质量，应有一级至少是F7过滤器(相当于国内的高中效)，最好用F9过滤器(相当于国内亚高效)。根据现有各种新风机组的空气过滤器配置(送风G4和F7，排风G5)及其布局，特别是为了有效避免现有新风机组配置的转轮热回收的渗透再污染，建议F7过滤器合理设置，至少应在转轮热回收段的后面，把尘菌阻隔于新风机组出风口之内不使其进入送风管道。此外，还可进一步研究新风系统的净化方式对新风品质的影响，如采用静电过滤器或其他形式的过滤器时新风品质有没有提高等等。通过对新风系统各个环节的研究，进一步优化新风系统，研究出新风系统各个部件的布局，过滤器性能和净化方式的最佳设计，实现新风机组性能和效益的最大化。

[1] GB/T 18883—2002，室内空气品质标准[S].

[2] GB 50365—2005，空调通风系统运行规范管理[S].

[3] 刘燕敏，聂一新.空调风系统的清洗对室内可吸入颗粒物和微生物的影响[J].暖通空调，2005，35(2)：31-32.

[4] 刘 锦，刘燕敏.空调换热器清洗与节能效果的分析[J].暖通空调，2007，37(1)：92-93.

[5] GB 50736—2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[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

刘 飞(1986- )，女，助教； 刘 颖(1982- )，女，工程师

1009-6825(2015)14-0130-03

TU831.5

A