通風空調(diào)管道內(nèi)灰塵沉積的研究進展

杜樂

摘要：通風空調(diào)管道中的空氣流通常為湍流，湍流中的灰塵粒子沉積速度受一系列因素的影響，包括粒子的大小和特性、湍動強度、氣流的溫度、沉積面的位置、粗糙度等。即使在最簡單的通風系統(tǒng)中，由于流動的復(fù)雜性和表面的多樣性，粒子沉積速度沿流程變化很大，且在中國的氣候條件下，通風空調(diào)使用環(huán)境均有其特殊性。掌握關(guān)于粒子在管底、管壁和管頂?shù)某练e規(guī)律，可以全面地理解通風管道中的粒子行為以及有效預(yù)測通風空調(diào)系統(tǒng)中的粒子損失，對實現(xiàn)通風管道內(nèi)粒子沉積過程機理及其效果進行定量化評判、提高通風空調(diào)工程送風效果的可預(yù)見性、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和病態(tài)建筑綜合癥有理論和實踐指導(dǎo)作用。本文介紹了通風空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積情況，分析了通風空調(diào)管道內(nèi)灰塵沉積的研究

現(xiàn)狀，指出了下一步的研究方向。

關(guān)鍵詞：通風空調(diào)；管道內(nèi)灰塵沉積；研究進展；

目前，國內(nèi)外暖通空調(diào)行業(yè)的發(fā)展均面臨著節(jié)能與改善室內(nèi)空氣質(zhì)量兩大挑戰(zhàn)。提高送風質(zhì)量、控制室內(nèi)環(huán)境污染已成為世界各國普遍關(guān)注的焦點問題。造成室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳的原因很多，其中之一是通風管道內(nèi)部的灰塵沉積，它對送風質(zhì)量具有直接、重要的影響，但沒有引起人們的足夠重視。

一、通風空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積現(xiàn)象

通風空調(diào)管道內(nèi)的空氣流通常為湍流狀態(tài)，空氣流中攜帶的灰塵粒子受重力沉降等作用而沉積到管道表面上。通風空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積對送風質(zhì)量造成了影響，帶來了一些室內(nèi)空氣質(zhì)量問題：

1.通風空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積物一方面可能影響進入室內(nèi)的灰塵粒子的粒徑分布和濃度大?。涣硪环矫婵赡軙蔀槠渌廴疚锏奈廴驹?，細菌和真菌可在沉積物表面生長，加重室內(nèi)空氣的生物氣溶膠污染；此外，沉積的灰塵可引起二次污染。通風空調(diào)管道成為灰塵粒子、微生物、病菌等的培養(yǎng)基地。

2.灰塵沉積物與管道表面（特別是金屬表面）發(fā)生化學反應(yīng)，進一步污染了送風氣流、降低了送風質(zhì)量。

3.管道內(nèi)灰塵的沉積對系統(tǒng)運行也有一定程度的影響。在長期運行的通風管道不同部位沉積的大量灰塵會增加系統(tǒng)阻力、減少送風量，降低通風空調(diào)系統(tǒng)的整體性能。

二、灰塵沉積的污染現(xiàn)狀調(diào)查

1.空調(diào)通風系統(tǒng)的污染源來自內(nèi)部和外界兩方面。外界的污染主要源于風沙、工廠排放的煙氣、汽車尾氣、施工現(xiàn)場揚塵等；內(nèi)部污染主要是因室內(nèi)的污染物得不到及時排除，進而參與室內(nèi)空氣循環(huán)造成的。室內(nèi)空氣污染來自于集中式空調(diào)通風系統(tǒng)的占42%-53%，主要污染物為灰塵和微生物。空氣中的粒子物包括降塵、總懸浮粒子物、可吸人顆粒物和細粒子物。粒子物分散于氣態(tài)介質(zhì)中則形成氣溶膠。表征氣溶膠粒子性質(zhì)的因素主要包括粒子的形狀、大小、密度、粒徑分布以及濃度等。

2.空氣中的懸浮粒子有灰塵、煙和霧?；覊m包括所有固態(tài)分散性微粒；煙包括所有固態(tài)凝集性微粒、液態(tài)粒子、固態(tài)粒子因凝結(jié)作用而產(chǎn)生的微粒，以及從液態(tài)粒子過渡到晶態(tài)粒子而產(chǎn)生的微粒；霧包括所有液態(tài)分散性微粒和液態(tài)凝集性微粒，微粒大小因生成狀態(tài)而異。煙霧有液態(tài)和固態(tài)兩種，通常情況下是指由燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠，不包括水蒸氣，與霧有一定差別。通風空調(diào)管道中的灰塵一般為固態(tài)分散性粒子和固態(tài)凝集性粒子。通風空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)不同部位的灰塵沉積情況不一樣，對于送風管，灰塵沉積量最大的部位是風管的底面，其次是側(cè)面和頂面。我國集中式空調(diào)通風管道內(nèi)部的灰塵沉積狀況非常驚人。2009年，重慶衛(wèi)生監(jiān)督所對8個公共場所的集中式空調(diào)通風系統(tǒng)進行了抽檢。結(jié)果表明，積塵污染中等的6家，嚴重污染的2家；細菌全部嚴重超標，近半數(shù)空調(diào)房間內(nèi)的送、排風口表面有積塵與霉斑。

3.根據(jù)對通風空調(diào)管道灰塵沉積現(xiàn)狀的調(diào)查可知，現(xiàn)有通風管道中的主要污染物為灰塵粒子和微生物，它們對通風空調(diào)系統(tǒng)的性能及室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生了不容忽視的影響。了解通風空調(diào)管道內(nèi)灰塵的沉積規(guī)律有利于提高通風空調(diào)系統(tǒng)送風效果的預(yù)見性，對通風管道及設(shè)備進行定期檢查和清洗有利于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

三、研究進展

1.隨著對灰塵污染問題的重視，關(guān)于湍流中粒子沉積的實驗文獻逐漸增多，但多數(shù)粒子沉積實驗對象沒有針對各種材質(zhì)和表面的通風管道，且對通風管道中不同粒徑范圍粒子沉積規(guī)律的研究還不系統(tǒng)。目前，需要進行通風空調(diào)管道中粒子沉積實驗研究的系統(tǒng)化工作有：選用通風系統(tǒng)中的各種管材（不同材料、不同粗糙度）作為粒子的沉積面，把不同規(guī)格（通風系統(tǒng)中包含的全部粒徑范圍的粒子）、不同材料的粒子作為研究對象，采用先進的測試儀器和合理可行的實驗手段系統(tǒng)化地研究通風管道中的粒子沉積規(guī)律，使其能正確指導(dǎo)通風空調(diào)實際工程。

2.把握通風空調(diào)管道內(nèi)粒子沉積的規(guī)律不僅有助于模擬建筑物內(nèi)部的粒子大小和濃度分布情況，而且有助于改善通風空調(diào)系統(tǒng)空氣質(zhì)量，為室內(nèi)空氣污染控制提供理論指導(dǎo)。

（1）根據(jù)各種規(guī)格的灰塵粒子在通風管道各表面沉積速度的預(yù)測結(jié)果，可分析不同大氣環(huán)境下通風空調(diào)系統(tǒng)過濾器和風道的積塵情況以及出風灰塵粒子的粒徑分布情況，預(yù)測空調(diào)通風系統(tǒng)中過濾器和風道的清洗年限：第一，分析不同過濾效率下進入系統(tǒng)的灰塵粒子總量的變化，以及灰塵粒子粒徑的變化。第二，過濾器出口灰塵粒子的粒徑分布。第三，過濾器不同效率（粗、中、高效過濾器）下，過濾器的最長運行時間也即清洗過濾器的時間。第四，不裝過濾器或安裝不同效率的過濾器情況下，風道的清洗時間。工程實踐中如何優(yōu)化過濾器和管道的清洗周期目前還需在經(jīng)濟效益和技術(shù)分析上作一些對比研究。

（2）粒子沉積是灰塵粒子在空氣中最為重要的空氣動力學行為，正是由于粒子在物體表面的沉積作用，才使得粒子對人體、物品或者設(shè)備產(chǎn)生危害。因此，研究通風空調(diào)管道內(nèi)灰塵粒子的沉積情況不僅能指導(dǎo)通風空調(diào)工程實踐，而且也是對粒子在肺部的沉積以及人體粒子物暴露量作出有效評估或?qū)ξ锲贰⒃O(shè)備危害程度作出評估的重要的一步。

3.目前的研究水平雖對粒子在管底面和側(cè)壁的沉積在理論上有了比較清楚的認識。但由于多相湍流的復(fù)雜性，至今仍未能將解決多相流問題的方法、技術(shù)或理論完全統(tǒng)一起來，未形成以嚴格的數(shù)學理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)和構(gòu)造出具有嚴密內(nèi)在聯(lián)系與不同適用范圍的粒子運動行為體系。研究的新動向應(yīng)是：建立統(tǒng)一的理論和應(yīng)用技術(shù)體系方法，深入研究不同環(huán)境中塵埃粒子的遷移和沉積規(guī)律，是學科向縱深發(fā)展和相關(guān)環(huán)境技術(shù)進步的迫切要求。

目前各個國家現(xiàn)有的大多數(shù)標準、規(guī)程并不關(guān)心通風空調(diào)管道內(nèi)的灰塵沉積問題，標準、規(guī)程的注意力主要放在了通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備故障維修方面，然而管道積塵所引發(fā)的空氣質(zhì)量下降是驚人的。英國的一項聯(lián)合調(diào)查表明，對于英國的送風條件，80%以上的業(yè)主和管理人員傾向于定期清洗過濾器，但是對風道內(nèi)的積塵問題僅知道其存在、而不知道灰塵沉積的程度和評估辦法[5]。目前，英國、法國等歐洲國家及日本、新加坡等亞洲國家在集中式空調(diào)系統(tǒng)新建及改造中，不僅開始注意進風口要遠離污染源，而且也開始采用定期清洗過濾器、表冷器以減少管道內(nèi)部灰塵沉積、提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的管理技術(shù)。

參考文獻：

[1] 范林.中央空調(diào)風管清洗改善室內(nèi)空氣品質(zhì)[J].清洗世界，2004，20（4）：14—18.

[2]GB50411—2007，建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]王卓然，盛宏.淺談建筑暖通空調(diào)工程的節(jié)能減排設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2013年10期.