直接蒸发冷却在降尘治霾中的应用分析

宋祥龙++张思龙++强浩++李骞

【摘 要】论文总结了PM10和PM2.5的成因及危害，分析来源及其特点，得出不同场所、不同来源的污染物需要采取不同治理方案的结论。通过分析蒸发冷却净化PM10、PM2.5等微粒的机理，为采取有效措施减轻污染，保护人们健康提供技术参考。

【Abstract】This paper summarizes the origin and harm of PM10 and PM2.5， analyzes its source and characteristic， and points out that in different area， different sources of pollutants need to take different measures. Through the analysis of evaporative cooling and purification mechanism of PM10 and PM2.5 particles， this paper provides the technical reference to take effective measures to reduce pollution and protect public health.

【关键词】蒸发冷却；PM2.5 ；PM10 ；降尘治霾

【Keywords】direct evaporative cooling； PM2.5； PM10； dust and haze governance

【中圖分类号】TK264.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0181-02

1 引言

随着我国工业化、城镇化水平的不断加快，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，目前，我国大部分省会城市雾霾天数占全年天数的1/3左右，大气低能见度的范围在逐年扩展。约80%的城市空气质量不能满足世界卫生组织第一阶段目标值的要求，大气细颗粒物（PM2.5）的年平均浓度超过发达国家3到5倍。

国内外许多专家、学者已经对喷水室、蒸发式冷气机等设备对室内PM10、PM2.5的净化效果做了许多卓有成效的工作。论文将对蒸发冷却对室内、外空气降尘除霾的效果进行分析总结，对具体采用何种蒸发冷却方式来治霾做一些初步探讨，希望唤起人们对蒸发冷却技术缓解雾霾等问题的重视。

2 PM10和PM2.5的成因及危害

在不同的国家和地区，PM10可吸入颗粒物的来源因各自的经济水平、能源结构、工艺方法以及管理水平等的不同而差别很大，通常贡献率比较大的几种排放源是燃煤烟尘、冶金工业、汽车尾气、物料转运、建筑施工以及地面扬尘等

PM2.5指悬浮在空气中，空气动力学直径≤2.5μm 的颗粒物。PM2.5来源非常复杂，就产生过程而言，PM2.5包括由污染源直接排出的一次粒子，也可以是各种气态污染物经过冷凝或在大气中发生复杂的化学反应而生成的二次粒子。

雾霾是空气污染和气象参数共同作用的结果，雾霾天气发生时，大气能见度降低，大气中的颗粒物特别是细颗粒物（PM2.5）是导致能见度降低的主要因素。PM2.5也会改变气温和降水模式，同时由于PM2.5具有很大的比表面积又长期悬浮于大气环境中，所以易于富集多环芳烃、多环苯类、病毒和细菌等有毒物质以及痕量元素，一旦在人体呼吸系统沉积将对人体健康产生严重危害[1]。

3 蒸发冷却除尘机理

直接蒸发冷却装置包括喷水室、滴水填料式直接蒸发冷却器、高压喷雾（微雾）等，这些热湿交换设备，不仅能够对空气进行降温、加湿，而且能够净化空气，对降尘治霾起到有效过滤作用。就其与空气的接触而言主要有两种：一是空气与水膜直接接触，二是空气与水滴直接接触。滴水填料式直接蒸发冷却器属于前者，通过填料能够实现空气与水膜直接接触，喷水室、高压喷雾（微雾）属于后者，能够实现空气与水滴直接接触。二者对于空气中尘粒等的净化机理存在一些差异。笔者首先对二者的净化机理进行分析。

3.1 滴水填料式直接蒸发冷却的除尘机理

滴淋段又称填料段直接蒸发冷却段，采用各种波纹型填料作为热湿交换和除尘的核心部件，相邻两层填料交错布置，形成特定的空气流道，水被循环水泵从水池中抽出，经布水器均匀散布在填料上，靠重力作用向下流润湿填料表面并形成水膜，空气在填料流道中流动，主要通过惯性作用和粘性效应作用使得随气流而来的尘粒和气溶胶与水结合，使空气中的尘粒被捕获，起到湿式过滤器的作用，实现尘粒、气溶胶等粒子与填料脱离，最终被向下流动的液体带入水池中。

3.2 喷淋式直接蒸发冷却的除尘机理

喷淋式（即无填料式）直接蒸发冷却包括喷水室（冷却塔或是其他绝热、降温、加湿设备）或高压喷雾（微雾）两种基本形式。

喷水室直接蒸发冷却是利用喷水室（冷却塔或是其他绝热、降温、加湿设备）将不同温度的水通过水泵送至喷嘴，经过喷嘴的雾化作用，将水分解成细小的水滴。同时，空气均匀流过喷水室（冷却塔或是其他绝热、降温、加湿设备）与水直接接触实现热湿交换过程及除尘过程。

高压喷雾（微雾）直接蒸发冷却是喷淋式直接蒸发冷却的一种特殊形式，通过高压泵将水向喷嘴小孔中喷出，形成细小的水雾，并与空气发生热湿交换过程与除尘过程。高压微雾直接蒸发冷却与高压喷雾直接蒸发冷却工作原理相同，主要有两点不同：泵的压力不同，喷嘴的喷水孔径不同。通过提高泵的压力和使用小孔径的喷嘴，高压微雾能够获得比高压喷雾更细小的雾滴，因此高压微雾能够实现比高压喷雾更好的降尘治霾的效果。

喷水室直接蒸发冷却与高压喷雾（微雾）直接蒸发冷却除尘机理相似，在该功能段中，主要靠含尘气体与液滴或液膜的接触使颗粒物从气流中分离。水和含尘气流的接触方式大致有水滴、水膜和气泡三种方式。依靠液滴捕集尘粒的机理有很多，主要有重力惯性碰撞、接触阻留、布朗扩散、粘性效应、凝聚和沉降等。喷水室直接蒸发冷却一般作为一个功能段设置在组合式空调机组中，而高压喷雾（微雾）直接蒸发冷却通过上海世博会、西安世园会等场所的应用说明它可以广泛应用于室外的降温、除尘。endprint

4 实际应用现状

进入冬季以来，我国京津冀、长三角、珠三角等地区雾霾天气持续恶化，以西安市为例，根据PM2.5监测网的数据，进入2013年12月以来，西安空气质量指数呈持续递增趋势，自12月18日至25日为止，空气质量指数（AQI）一直保持在400以上，达到严重污染的状况，其他时间段空气污染也十分严重，PM2.5、PM10分别成为西安市各地区的首要污染物。

为了减少雾霾危害，兰州等地纷纷引进一种“喷雾车”这种喷雾车本质上是一台大型加湿喷雾器，通过台子的移动，一直可以升到十米之高，通过喷嘴向周围环境大范围内喷洒细小液滴，有效减少机动车尾气排放的移动排放源PM2.5和周围空气中的细小微粒以及地面扬尘等。

在西安市碑林区棚户改造工程某工地上，两辆履带破碎机挥动巨大摇臂破拆旧楼，而来自清洁降尘公司的一辆降尘治霾车、一辆水车则将时时泛起的灰尘用长超过一米的雾炮和水枪打压掉、使其不能生成二次扬尘，为西安降尘治霾尽职。在西安市某建筑工地上安装了雾化喷淋降尘设施，雾化喷淋设施与工地消防栓相连，加装在工地外架上，喷淋设施开启后，通过喷淋设施产生细小水滴，起到降尘治霾的作用。据环保部门对喷淋设施进行的实际测试，开启20分钟后，PM10数据下降了50微克，降尘率达50%以上。

5 蒸发冷却与除尘治霾的关系

近年来，随着国家对可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题的重视以及国内外大量学者对该领域的研究，蒸发冷却对空气降尘治霾的作用可以归纳为以下几个方面。

第一，将喷水室作为一个功能段设置在组合式空调机组中，能够对室外新风或者室外新风与室内回风的混合风进行净化处理，减少送风中的PM10、PM2.5一、二次粒子等污染源的浓度，并产生一定量的负离子，提高室内空气品质。

第二，以窗式蒸发空调器和蒸发式冷气机为代表的滴淋式直接蒸发冷却器，通过填料上均匀分布的水膜将室外新风中的SO2、NOx、SO42-、NO3-、NH4+等粒子进行过滤。当用于家用时，由于送风采用全新风，通过置换通风，将由于人员吸烟、厨房油烟等人员活动产生的PM2.5一、二次粒子快速排出室外，减少PM2.5二次粒子对多环芳烃、多环苯类、病菌等的附着，保证室内人员健康，同时通过置换通风，减少室内细菌滋生，降低室内空气中有害物质的浓度，减少“空调病”的发病概率。

第三，以降尘治霾车、建筑工地安装的雾化喷淋降尘设施为代表的户外高压喷雾（微雾）除尘系统，通过喷嘴与高压水泵产生细小水滴，提高周围环境中水蒸气分压力，依靠液滴捕集尘粒的机理，减少诸如地面扬尘、建筑工地、机动车尾气产生的PM10、 PM2.5浓度。

6 结语

蒸发冷却技术尤其是直接蒸发冷却技术，不仅能够实现较好的降温效果，同时对可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）等有较好的凈化效果，从暖通空调专业角度来讲，对我国目前存在的雾霾等大气环境问题有较好的缓解作用，为降尘治霾和建筑物空调的新风净化处理提出了一条可供目前参考并能够有效实施的技术方案。

【参考文献】

【1】郝明途，林天佳，刘焱.我国PM2. 5的污染状况和污染特征[J].环境科学与管理，2006， 31（2）： 58-61.endprint