室内散热器对悬浮颗粒物分布的影响

2019-09-10张祥祥王振清陈曦

河南科技 2019年22期

张祥祥王振清陈曦

摘要：为了研究散热器对室内颗粒物分布的影响，本文对一办公室内散热器上方和室内空气中的颗粒物浓度及粒径分布进行了实测。其间使用Grimm光学粒径谱仪监测了6种不同工况下的颗粒物分布，同时采用TSI8386A-M-GB风速仪对温度、相对湿度和风速进行了测试。结果表明，散热器上方颗粒物沉积快于室内空气中的颗粒物，尤其是对于粒径较小的颗粒物。散热器上方存在比室内空气中更多的大颗粒。此外，颗粒物浓度随温度的升高而降低，多数情况下随相对湿度的增加而增加。

关键词：室内颗粒;颗粒物浓度;粒径分布;散热器

中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）22-0153-03

Effect of Indoor Radiator on the Distribution of

Suspended Particulate Matter

ZHANG Xiangxiang WANG Zhenqing CHEN Xi

Abstract： In order to study the influence of radiator on the distribution of indoor particulate matter， this paper measured the concentration and particle size distribution of particulate matter in the air above the radiator and indoor air in an office. In the meantime， Grimm optical particle size spectrometer was used to monitor the distribution of particulate matter under six different conditions， and TSI8386A-M-GB anemometer was used to measure temperature， relative humidity and wind speed. The results show that the deposition of particulate matter above the radiator is faster than that in the indoor air， especially for the particulate matter with smaller particle size. There are more large particles above the radiator than in the indoor air. In addition， the concentration of particulate matter decreases with the increase of temperature， and increases with the increase of relative humidity in most cases.

Keywords： inner particl;particle concentration;particle size distribution;heat sink

人的一生中大部分時间是在室内度过的[1]。室内空气质量的好坏直接影响人们的健康，其中悬浮颗粒物对健康的影响尤为突出，室内悬浮颗粒物的分布也越来越受到人们的关注。有些室内空气中的颗粒物本身就是有毒物质，而有些可以充当细菌、病毒的载体[2，3]。不同室内环境（如住宅、办公室、医院、学校、餐馆、商场、博物馆、交通工具的车厢等）的颗粒物来源、分布及人群暴露时间等不尽相同[4-7]，有必要对其进行深入研究，意义重大。

室内悬浮颗粒物会沉积到室内表面，沉积在表面的颗粒物在电子工业、机械制造、医疗器械、文物保护及人居环境等领域中产生了极大危害[8-12]。虽然已有许多关于室内颗粒物的研究，但对散热器上方悬浮颗粒物的探索仍较为少见。为了更好地研究此种影响，本研究在一个使用散热器的办公室中对颗粒物进行了测试。

1 测试方法

1.1 测试地点及测点布置

本测试在一办公室中进行，办公室的长、宽、高分别为6.63、2.25、2.70m。办公室内贴近外墙（后文将此外墙称为后墙）表面设一散热器，采暖由市政管网集中供给。散热器的尺寸为1.32m×0.12m×0.35m，散热器与后墙之间的间距为0.03m，其下表面与地面的距离为0.12m。

本次测试共设有33个测点，具体位置如图1所示。散热器上方的30个测点根据与后墙距离的远近分为3组，离后墙由近到远的列测点依次是称为A组、B组和C组测点。每组测点自下而上从1到10依次编号。A组测点距墙距离为2mm;B组和A组、C组与B组测点的间距均为100mm。每组最下方测点与散热器上表面的距离均为2mm，其他任意两个相邻测点的间隔为100mm。此30个测点的代号由组名与其在组中的编号组成，如A1、B2等。远离散热器的室内空气中的3个测点分别标记为D1、D2和D3，距离地面1 500mm，且远离门、窗及其他物品，以减少干扰。

1.2 测试仪器及工况设置

本测试采用Grimm1.109光学粒径谱仪测定PM10、PM2.5及PM1的质量浓度及粒径分布。测试中，每个测点的采样用时1min，所得颗粒物浓度和粒径分布数据为采样1min的平均值。测点处的温度、相对湿度及风速采用TSI8386A-M-GB风速仪测量，在读数稳定至少30s后，再进行记录。在整个测试过程中，窗户紧闭，以减少室外空气干扰，大门除了偶尔有人进出时的短时间开启外，其他时间均保持关闭。

由于散热器的供热温度在工作日和非工作日有所不同，本研究分别选取一个工作日和一个非工作日进行测试。根据室内情况的不同，其间共设定了6种工况，如表1所示。

2 分析与讨论

2.1 散热器上方与室内环境中的颗粒粒径分布对比

本研究分别选取了测点B1和D2作为散热器上方和室内环境中测点的代表，颗粒粒径分布用dp-dM/dlog（dp）值来描述。经对工作日中测点B1和D2处三个时段的颗粒粒径分布对比可知，小颗粒（<0.8μm）在散热器上方及室内其他地方均占大多数，这可能是由于小颗粒不易惰性沉积、在空气中停留时间长;颗粒粒径分布随时间变化，这可能是由于不同粒径的颗粒沉积速度不同;粒径较大的颗粒物（>15μm）到晚上时已完全沉降。这是由于重力是粒径较大颗粒所受的主导力，使之以较大速度沉降。

从对比结果还可看出，散热器上方存在更多的大颗粒（>12.5μm）。这可能是因为散热器上方的热气流阻碍了一些大颗粒的沉积或者将其吹起，形成二次悬浮。

2.2 距散热器上表面距离对颗粒物浓度的影响

图2示出了工作日和非工作日上午，散热器上方30个测点的颗粒物浓度随距散热器上表面距离变化的情况。由此可以看出，对于PM10来说，随着距散热器上表面距离的增大，颗粒物浓度先减小，后增大，然后减小。颗粒物浓度的最大值出现在第三个或第四个测点。对于PM2.5和PM1来说，随着与散热器上表面距离的增大，颗粒物浓度变化不大。

2.3 颗粒物浓度与其他参数的关系

距散热器最近的前三排测点在工作日和非工作日下午的颗粒物浓度与其他参数的关系如图3所示。结果表明，空气温度与相对湿度之間存在一定的负相关性，即温度越高，相对湿度越低。从图3可以看出，颗粒物浓度随着温度的升高和相对湿度的降低而降低。此外，颗粒物浓度几乎不受风速影响，两者之间没有显著的相关性。

3 结论

本文对一办公室内散热器上方及室内空气中的颗粒物浓度及粒径分布进行了实测，得出的主要结论如下：散热器上方颗粒物的沉积速率比室内空气中颗粒物的沉积速率要大，尤其是对于粒径较小的颗粒物;散热器上方的大颗粒多于室内空气中的大颗粒;大多数情况下，颗粒物浓度随温度的升高和相对湿度的降低而降低，而颗粒物浓度与风速之间没有明显的相关性，有待进一步探索。

参考文献：

[1]邱桂红.室内环境化学污染及其对人体健康的危害[J].现代农业科技，2010（11）：281-285.

[2]车凤翔.空气微生物采样理论及其技术应用[M].北京：中国大百科全书出版社，1998.

[3]杨秀峰，迟进华，亢燕铭.空气电离与室内VOCs和颗粒物污染的控制[J].制冷空调与电力机械，2005（101）：28-35.

[4]刘阳生，陈睿，沈兴兴，等.北京冬季室内空气中TSP、PM10、PM2.5和PM1.0污染研究[J].应用基础与工程科学学报，2003（3）：255-265.

[5]高军，房艳兵，张旭.灰霾天气条件下上海地区冬季居住环境PM2.5浓度及呼吸暴露分析[J].绿色建筑，2014（1）：31-34.

[6]张锐，陶晶，魏建荣，等.室内空气PM2.5污染水平及其分布特征研究[J].环境与健康杂志，2014（12）：1082-1084.

[7]石晶金，袁东，赵卓慧，我国住宅室内PM2.5来源及浓度的影响因素研究进展[J].环境与健康杂志，2015（9）：825-829.

[8]于群力.空气污染对文物的危害[J].陕西环境，2003（6）：31-33.

[9]刘星.药厂生物洁净室的空调系统设计与研究[D].长春：吉林大学，2006.

[10]周金锋.半导体代工厂洁净室的设计监控和管理案例分析[D].上海：上海交通大学，2008.

[11]吴来明，周浩，蔡兰坤.基于“洁净”概念的馆藏文物保存环境研究[J].文物保护与考古科学，2008（1）：136-140.