空調(diào)系統(tǒng)氣溶膠污染的實(shí)測分析

張杰 劉澤華 寧勇飛 李惠敏

南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院

空調(diào)系統(tǒng)氣溶膠污染的實(shí)測分析

張杰 劉澤華 寧勇飛 李惠敏

南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院

本文實(shí)測了衡陽市某商業(yè)廣場的一臺空調(diào)風(fēng)柜風(fēng)口處、風(fēng)口正下方呼吸區(qū)、呼吸區(qū)下方的氣溶膠濃度及粒度分布。結(jié)果表明：1）室內(nèi)氣溶膠濃度比管道內(nèi)的濃度要高（除回風(fēng)口外），當(dāng)粒子尚未在空調(diào)風(fēng)管內(nèi)發(fā)生二次懸浮時，管道內(nèi)氣溶膠濃度沿程下降；回風(fēng)口的氣溶膠濃度有一定的富集；2）從粒子的粒度分布看，室外各粒徑段的粒子數(shù)明顯大于室內(nèi)，空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)粒子數(shù)隨粒徑的增大迅速減少，系統(tǒng)內(nèi)粒子的粒徑范圍主要在5μm以下，5μm以上的粒子數(shù)很少或者幾乎沒有；3）過濾網(wǎng)清洗后，送風(fēng)氣流中總含塵量明顯減少；但各粒徑段粒子數(shù)的變化情況卻不一樣，小粒子（粒徑為0.3～0.7μm）數(shù)量增加，大粒子（粒徑大于0.7μm）數(shù)量有所減少；4）通過歷時兩個月的空調(diào)風(fēng)管中氣溶膠微粒的沉積采樣，表明空調(diào)風(fēng)管內(nèi)平均沉積量為16.8502mg/(m2·d)；但各點(diǎn)的測試值差別較大。

空調(diào)風(fēng)管 氣溶膠濃度 粒度分布

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在給人們帶來舒適的熱濕環(huán)境的同時也可能由于安裝不當(dāng)或運(yùn)行維護(hù)不良，產(chǎn)生大量的有機(jī)性、無機(jī)性和生物性等多種氣溶膠，并隨送風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，影響人體健康[1～2]。近年來，各地對中央空調(diào)污染做了較為深入的調(diào)查[3～4]，實(shí)測了空調(diào)系統(tǒng)中細(xì)菌、真菌、積塵量、粉塵濃度、軍團(tuán)菌和β-溶血性鏈球菌等，但對氣溶膠的粒度分布及其每天的沉積量研究較少，而氣溶膠（顆粒物）的粒度分布是研究氣溶膠控制機(jī)理的重要因素。本文實(shí)測了衡陽市某商業(yè)廣場一臺空調(diào)風(fēng)柜內(nèi)及室內(nèi)外的氣溶膠濃度及粒度分布,為空調(diào)室內(nèi)的氣溶膠污染提供樣本。

1 實(shí)測方法

本文的實(shí)測對象位于衡陽市中心繁華地段，是一棟集購物、娛樂、餐飲、休閑等功能于一體的大型商業(yè)建筑。建成于2004年，地下1層，地上4層，本文實(shí)測的為二層服裝部一臺空調(diào)風(fēng)柜送、回風(fēng)口，風(fēng)口正下方呼吸區(qū)（離地約1.6m）及呼吸區(qū)下方（離地約0.5m）的氣溶膠濃度及粒度分布情況。該風(fēng)柜的風(fēng)量為4000m/h3，制冷量為22.5kW，在回風(fēng)口處使用粗效過濾器。氣溶膠濃度的實(shí)時檢測采用的是PDR1000型粉塵儀（量程：0.001～400mg/m3，精度：±5%，分辨率：0.001mg/m3），粒度的測量采用的是MTONE237B型便攜式激光粒子計數(shù)器（該儀器含有6個測量通道可以測量≥0.3μm、≥0.5μm、≥0.7μm、≥1μm、≥3μm、≥5μm以及0.3～0.5μm、0.5～0.7μm、0.7～1.0μm、1.0～ 3.0μm、3.0～5.0μm的粒子數(shù)。流量速率為0.7075L/ min，靈敏度為0.3μm）。其相應(yīng)的系統(tǒng)平面及測點(diǎn)布置見圖1。

圖1 被測試的機(jī)組平面及測點(diǎn)布置

2 實(shí)測結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)外及空調(diào)風(fēng)管中氣溶膠的濃度分析

2013年8月1日上午10:00進(jìn)行第一次測量、下午15:30進(jìn)行第二次測量，室內(nèi)氣溶膠濃度的測量數(shù)據(jù)見圖2（其中“a”代表第一次測量，“b”代表第二次測量，“1”代表在風(fēng)口處的測量，“2”代表在風(fēng)口正下方呼吸區(qū)的測量，“3”代表在呼吸區(qū)下方的測量），上午測量室外的氣溶膠濃度為0.065mg/m3、下午測量的濃度為0.071mg/m3。均未超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中總懸浮顆粒物濃度為0.3mg/m3的限值。

圖2 室內(nèi)氣溶膠濃度的實(shí)測值

從室內(nèi)外測量值，可以得出如下結(jié)論：

1）對比室內(nèi)外氣溶膠濃度可以看出，上午室內(nèi)呼吸區(qū)氣溶膠濃度平均為0.0482mg/m3，下午室內(nèi)平均濃度為0.0546mg/m3，均比室外氣溶膠濃度低，室內(nèi)氣溶膠濃度測試值與文獻(xiàn)[3]的測量結(jié)果一致。該建筑物地處繁華地段，而進(jìn)行室外環(huán)境參數(shù)測量的地點(diǎn)又緊靠馬路，人員、車輛活動頻繁可能造成揚(yáng)塵較多，使室外氣溶膠濃度測量結(jié)果偏高。對比上午和下午室內(nèi)呼吸區(qū)的實(shí)測數(shù)據(jù)，氣溶膠在室內(nèi)也有一個累積過程，人員活動及新風(fēng)的輸入使氣溶膠含量有一定的增加。

2）上午送風(fēng)口處的氣溶膠濃度平均為0.0428mg/m3，下午平均濃度為0.05mg/m3，送風(fēng)口處氣溶膠濃度與文獻(xiàn)[3]的測量結(jié)果類似。上午室內(nèi)氣溶膠濃度比管道內(nèi)（除回風(fēng)口外）的濃度高11.2%，下午高8.4%。上午1，2測點(diǎn)風(fēng)口處氣溶膠濃度平均為0.0465mg/m3，3，4測點(diǎn)平均為0.039mg/m3，濃度減小約16.1%；下午1，2測點(diǎn)風(fēng)口處氣溶膠濃度平均為0.054mg/m3，3，4測點(diǎn)平均為0.046mg/m3，濃度減小約14.8%，空調(diào)風(fēng)管內(nèi)各測點(diǎn)的氣溶膠濃度沿程減少，表明氣溶膠在該風(fēng)管內(nèi)還未發(fā)生二次懸浮。

3）上午送風(fēng)口氣溶膠濃度平均為0.0428mg/m3，回風(fēng)口的氣溶膠濃度平均為0.093mg/m3，下午送風(fēng)口氣溶膠濃度平均為0.05mg/m3，回風(fēng)口的氣溶膠濃度平均為0.103mg/m3，回風(fēng)口氣溶膠濃度約為送風(fēng)口平均濃度的2倍?；仫L(fēng)口處的氣溶膠微粒濃度大幅度地增加，這是由于回風(fēng)口是空調(diào)系統(tǒng)的匯，污染物易在回風(fēng)口處富集，所以在系統(tǒng)回風(fēng)口處加中、高效過濾器對減小管道內(nèi)氣溶膠濃度、減少氣溶膠在管道內(nèi)的沉積、延長空調(diào)風(fēng)管的清洗時間、改善室內(nèi)空氣品質(zhì)有至關(guān)重要的作用。

從以上數(shù)據(jù)可得，室內(nèi)空氣中的氣溶膠濃度均未超過《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 18883-2002中PM10的限值（0.15mg/m3）。除此之外，本文還對顆粒物的粒度進(jìn)行了詳細(xì)的測量，表1為上、下午室內(nèi)外粒子粒度分布的測量結(jié)果，圖3為上、下午室內(nèi)外粒子粒度分布圖。

表1 上、下午室內(nèi)外粒子粒度的測量結(jié)果

圖3 上、下午室內(nèi)外粒子粒度分布

從圖3可以看出，室外各粒徑段的粒子數(shù)明顯大于室內(nèi)，上午室外各粒徑段的粒子數(shù)比室內(nèi)分別多78.9%，148.4%，261.1%，428.9%，1092.9%，31.8%；下午室外各粒徑段的粒子數(shù)比室內(nèi)分別多35.7%，141.9%，321.6%，318.4%，980.4%，242.9%，其中以3.0～5.0μm的粒子數(shù)變化率最大，當(dāng)為小粒徑時，粒子受重力、擾動的影響較小，粒子變化率相對較小，隨著粒徑增大，粒子受室外車輛、人員的擾動增大導(dǎo)致粒子的變化率逐漸增大，當(dāng)粒徑大于5μm時，由于重力的影響，室內(nèi)外的粒子變化率減小。室外上午、下午實(shí)測的粒度分布比較一致，室內(nèi)的情況也類似，但室內(nèi)和室外各粒徑段的粒子數(shù)所占的比例略有差異，由于室內(nèi)比室外清潔，室外粒徑范圍為0.3～0.5μm的粒子數(shù)約占91%，而室內(nèi)則約占95%，隨著粒徑的增大，室內(nèi)各粒徑段的粒子所占的比例比室外減小。圖4為室內(nèi)不同粒徑段的粒子濃度測量結(jié)果。

圖4 室內(nèi)不同粒徑段的粒子分布

從粒子的粒度測量結(jié)果可得：

1）由于室內(nèi)人員的活動、新風(fēng)的輸入使下午室內(nèi)和風(fēng)管內(nèi)的粒子數(shù)比上午測量時有明顯的增加?；仫L(fēng)口附近各粒徑段的粒子數(shù)明顯高于送風(fēng)口。

2）空調(diào)管道內(nèi)的粒子隨著粒徑的增大，下一個粒徑段的粒子數(shù)比上一個粒徑段的粒子數(shù)基本都小一個數(shù)量級，粒子數(shù)減少得相當(dāng)明顯，粒徑較小的粒子數(shù)（0.3μm～0.5μm）遠(yuǎn)大于粒徑較大的粒子數(shù)（3.0μm ～5.0μm），粒徑≥5.0μm的粒子很少。可見，空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)粒子的粒徑范圍主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子很少或者幾乎沒有。

3）對于粒徑較小的粒子（小于5.0μm），在風(fēng)口、呼吸區(qū)、呼吸區(qū)下方粒子數(shù)的變化規(guī)律不明顯，但是對于粒徑較大的粒子（大于5.0μm），在呼吸區(qū)下方的粒子數(shù)明顯高于呼吸區(qū)和呼吸區(qū)上方（除回風(fēng)口）。

2.2 回風(fēng)口過濾網(wǎng)清洗前后的實(shí)測分析

本次測量的時間是2013年8月8日上午10:30，是在7天后對同一風(fēng)柜的5個風(fēng)口進(jìn)行測試，期間對回風(fēng)口過濾網(wǎng)進(jìn)行清洗一次。氣溶膠微粒濃度、各粒徑段粒子數(shù)的變化情況如圖5所示。

圖5 過濾網(wǎng)清洗前后氣溶膠濃度及各粒徑段粒子數(shù)變化

從圖5可以看出：

1）回風(fēng)口過濾網(wǎng)清洗后，送風(fēng)口氣溶膠濃度平均減少了56.1%，回風(fēng)口濃度減小了55.9%。過濾網(wǎng)清洗后，由回風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的粒子數(shù)大幅減少，由此可見，定期對空調(diào)系統(tǒng)的過濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，可有效減少風(fēng)管內(nèi)氣溶膠濃度，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

2）過濾網(wǎng)清洗后，空調(diào)風(fēng)管內(nèi)粒徑為0.3～0.7μm的粒子數(shù)明顯增加，粒徑≥0.7μm的粒子數(shù)有所減少，各粒徑段的粒子數(shù)變化率分別為+10.88%，+82.65%，-27.86%，-60.75%，-58.97%，-84.2%,可以看出粒徑范圍0.5～0.7μm和大于5μm的粒子數(shù)變化最大。由于該風(fēng)柜回風(fēng)口使用的是粗效過濾網(wǎng)，對于小粒徑的粒子過濾效果較差，所以當(dāng)過濾網(wǎng)清洗后，粒徑為0.3～0.7μm的粒子數(shù)會有所增加；但對粒徑較大的粒子，潔凈的粗效過濾器對大粒子的過濾作用增強(qiáng)，隨著粒徑的增大，穿透的粒子數(shù)將減少。

2.3 空調(diào)風(fēng)管內(nèi)長期采樣數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

表2為歷時兩個月（2013.8.1～2013.9.30）的空調(diào)風(fēng)管中氣溶膠微粒的沉積采樣數(shù)據(jù)。其采樣方法是：在實(shí)測空調(diào)風(fēng)柜的4個出風(fēng)口和1個回風(fēng)口附近各放置一塊采樣鐵片（鐵皮編號與風(fēng)口編號一致），2個月后，經(jīng)過稱重計量表明，空調(diào)風(fēng)管內(nèi)平均沉積量為16.8502mg/(m2·d)；但各點(diǎn)的測試值差別較大，從11.7468～23.7699mg/(m2·d)不等。

表2 矩形風(fēng)管中氣溶膠沉積的長期采樣結(jié)果

1）采樣鐵片1、2氣溶膠平均每天沉積量大于鐵片3、4，但又相差不大，采樣鐵片1和2靠近風(fēng)柜的出風(fēng)口，在尚未發(fā)生二次懸浮時，粒子沿程的沉積量逐漸減少，但由于風(fēng)管從開業(yè)至今從未清洗，管道內(nèi)污染已較為嚴(yán)重，所以又相差不大。

2）《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法》中明確規(guī)定，風(fēng)管內(nèi)的積塵量超過20g/m2時需要清洗。按上述規(guī)定，風(fēng)管內(nèi)的積塵量按1～4號鐵片的平均值15.1202mg/(m2·d)計算，空調(diào)運(yùn)行時間以每年280天計算，可預(yù)測該空調(diào)系統(tǒng)大約運(yùn)行5年就應(yīng)該清洗。

3 結(jié)論

本文實(shí)測了空調(diào)風(fēng)管內(nèi)及室內(nèi)外氣溶膠的濃度及其粒度分布，回風(fēng)口過濾網(wǎng)清洗前后風(fēng)管內(nèi)氣溶膠濃度及粒度的變化，和空調(diào)風(fēng)管內(nèi)長期采樣結(jié)果并得出如下結(jié)論：

1）在對比風(fēng)口、風(fēng)口正下方呼吸區(qū)、呼吸區(qū)下方及室外氣溶膠濃度的基礎(chǔ)上得出室外氣溶膠濃度最高，其次是室內(nèi)，風(fēng)管內(nèi)最低（除回風(fēng)口外）；回風(fēng)口及其正下方的氣溶膠濃度有一定的富集；對比上、下午測量結(jié)果看出室內(nèi)和管道內(nèi)氣溶膠濃度隨時間的增加有一定的增大。

2）從粒子的粒度分布看，室外各粒徑段的粒子數(shù)比室內(nèi)均有較大幅度的增加，空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)內(nèi)粒子數(shù)隨著粒徑的增大迅速減少，粒子的粒徑范圍主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子數(shù)很少。

3）回風(fēng)口過濾器清洗后，風(fēng)管內(nèi)氣溶膠總濃度明顯降低，但各粒徑段粒子數(shù)的變化情況卻有較大的不同，粒徑<0.7μm的粒子數(shù)增加，粒徑≥0.7μm的粒子數(shù)減少。

4）在該風(fēng)管系統(tǒng)中，粒子尚未發(fā)生二次懸浮，風(fēng)管內(nèi)氣溶膠濃度沿程減少，但從粒子長期沉積取樣結(jié)果看，該風(fēng)管已污染較嚴(yán)重，4號鐵皮已與1號鐵皮沉積量差距不大，急需清掃。

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Me a s ure m e nt a nd Ana lys is of Ae ros ol Pollution in Air Conditioning Sys te m

ZHANG Jie,LIU Ze-hua,NING Yong-fei,LI Hui-min
School of Urban Construction,University of South China

The concentration and size distribution of aerosol in the diffuser,breath region under the diffuser and below the breath region of an air conditioning unit in a commercial building were measured in Hengyang.The results showed that:1)The indoor aerosol concentration higher than the air conditioning duct(except air return opening);when the aerosol did not occurred secondary suspension in duct,the aerosol concentration of each measuring point decreases significantly along the way;and aerosol concentration have greatly increase in air return opening;2)From the particle size distribution seen that each range of particle size of outdoor significantly higher than indoor,the number of particle reduced rapidly as the particle size increase in ventilating and air conditioning duct,the range of particle size mainly blower than 5μm,and particle size higher than 5μm is seldom or few;3)After filter screen cleaning,aerosol content decreased significantly in supply airflow,but the changing situation of particles number of each range of particle size is different,the number of small particles(particle size is 0.3～0.7μm)increase,but the number of big particles(particle size more than 0.7μm)decrease;4）After two months,the sample dates of particles deposition in duct were measured, the result shows that the average deposition ratio of particle in duct is 16.8502mg/(m2·d);but the value difference in every test point.

air conditioning duct,aerosol concentration,particle size distribution

1003-0344（2015）05-037-5

2014-5-12

張杰（1982～），男，碩士，講師；湖南省衡陽市南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室（421001）；0734-8282494；E-mail:zhangjie000@163.com

湖南省教育廳課題資助（12C0367）