應(yīng)對(duì)PM2.5污染的氣承式充氣膜體育建筑

魏秀棟 古向農(nóng) 王 秦

(深圳市博德維環(huán)境技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518057)

·綠色環(huán)保·建筑節(jié)能·

應(yīng)對(duì)PM2.5污染的氣承式充氣膜體育建筑

魏秀棟 古向農(nóng) 王 秦

(深圳市博德維環(huán)境技術(shù)股份有限公司，廣東 深圳 518057)

分析了充氣膜這一新型建筑局部治理霧霾的可行性和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了其治理效果，指出充氣膜可以通過經(jīng)濟(jì)的手段在其室內(nèi)空間創(chuàng)造優(yōu)良的局部空氣環(huán)境，為人們的體育運(yùn)動(dòng)提供健康的場(chǎng)所。

充氣膜，PM2.5，體育運(yùn)動(dòng)，空氣處理

1 背景

近年來，我國北方很多城市會(huì)連續(xù)出現(xiàn)冬日的嚴(yán)重霧霾天氣，這給人們的工作、生活和體育鍛煉造成了嚴(yán)重影響。造成這種現(xiàn)狀的主要原因是大氣中顆粒物PM2.5的污染。假定劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)一個(gè)人每分鐘的換氣量為100 L，在PM2.5超標(biāo)嚴(yán)重的霧霾天從事戶外運(yùn)動(dòng)會(huì)吸入數(shù)倍于平時(shí)的PM2.5，對(duì)身體產(chǎn)生很大的傷害。在此種背景下，人們迫切需要能夠在冬日霧霾天氣下進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。

傳統(tǒng)的體育場(chǎng)館由于其開敞特征，無法抵御PM2.5等顆粒物的入侵；尤其是在冬季空氣濕度較小、霧霾長期不散的天氣里，室內(nèi)場(chǎng)館的PM2.5也處于超標(biāo)狀態(tài)。

氣承式充氣膜(氣承膜)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，為人為制造一個(gè)適合運(yùn)動(dòng)空間的人工環(huán)境創(chuàng)造了極大的便利(見圖1，圖2)。氣承膜建筑就是采用高強(qiáng)度、高柔性的薄膜材料，并將膜材的外沿固定在地面基礎(chǔ)或者屋面結(jié)構(gòu)周邊上，利用充氣系統(tǒng)將空氣送入氣膜內(nèi)部空間，維持一定的氣膜內(nèi)外氣壓差，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抵抗自重和外部荷載的結(jié)構(gòu)功能，形成大跨度的無梁無柱的建筑空間。利用空調(diào)和空氣處理系統(tǒng)，氣膜建筑可保證冬天室內(nèi)溫度在18 ℃以上、夏天室內(nèi)溫度在26 ℃以下，時(shí)刻保持空氣品質(zhì)優(yōu)良，為人們提供舒適的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。

2 氣承膜的PM2.5污染控制方法

大氣PM2.5顆粒物污染的控制技術(shù)主要包括過濾除塵、靜電除塵、濕式除塵等方式,可以采用其中一種方式或幾種方式的組合。常見的方式有：過濾除塵、過濾除塵+靜電除塵、過濾除塵+濕法除塵，其中濕法除塵往往和空調(diào)、加濕等功能合并設(shè)置。

2.1 過濾除塵

過濾除塵是讓空氣通過過濾裝置來達(dá)到凈化的目的。主要有袋濾除塵及顆粒層過濾除塵兩種方式。袋濾除塵利用棉、毛或人造纖維等加工而成的濾布，通過篩分、慣性碰撞、擴(kuò)散、靜電、重力沉降等機(jī)制來捕集顆粒污染物，屬于外部過濾。顆粒層過濾除塵通過將松散多孔的濾料填充在框架內(nèi)作為過濾層，使顆粒物在濾層內(nèi)部被捕集的一種除塵方法，屬內(nèi)部過濾方式。除塵過程中大顆粒污染物主要借助慣性力，小于0.5 μm的顆粒物主要依靠濾料及被過濾下來的顆粒表面攔截和附著作用，凈化效率隨顆粒層厚度增高而提高。顆粒層除塵器按其功能可分為單顆粒層除塵器和組合顆粒層除塵器兩種。

2.2 靜電除塵

靜電除塵利用高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電力(庫侖力)從氣流中分離懸浮粒子(塵粒或液滴)的一種方法。靜電除塵主要通過粒子荷電、沉降和清除三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)顆粒污染物與氣流的分離。靜電除塵常用的設(shè)備為電除塵器，工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是單區(qū)電除塵器，即使粒子帶電的電離作用與帶電粒子的集塵作用在同一電場(chǎng)中進(jìn)行。電除塵器是一種高效除塵裝置，對(duì)細(xì)微塵粒及霧狀液滴捕集性能優(yōu)異，除塵效率達(dá)99%以上，對(duì)于0.1 μm以下的塵粒，仍有較高的去除效率。

2.3 濕式除塵

濕式除塵用液體洗滌含塵氣流，使塵粒與液膜、液滴或氣泡碰撞而被吸附、凝聚變大，塵粒隨液體排出，氣體得到凈化的方法，也稱洗滌除塵。由于洗滌液對(duì)多種氣態(tài)污染物具有吸收作用，因此它能凈化氣體中的固體顆粒物，又能同時(shí)脫除氣體中的氣態(tài)有害物質(zhì)。常用的濕式除塵有噴淋塔、填料塔、泡沫塔、臥式旋風(fēng)水膜除塵器、中心噴霧旋風(fēng)除塵器、水浴式除塵器、射流洗滌除塵器、文丘里洗滌除塵器等。濕式除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、除塵效率高，在處理高溫、易燃、易爆氣體時(shí)安全性好。不足是用水量大，易產(chǎn)生腐蝕性液體。

3 氣承膜的PM2.5解決方案

氣承膜建筑的特點(diǎn)是在封閉的空間內(nèi)始終維持一定的正壓，這是通過機(jī)械單元連續(xù)向相對(duì)封閉的空間內(nèi)補(bǔ)風(fēng)來實(shí)現(xiàn)的。換句話說，室外空氣只有通過機(jī)械單元加壓才能進(jìn)入室內(nèi)，而其他任何孔洞縫隙均為向外排風(fēng)。由此我們知道，在這一封閉的空間內(nèi)，空氣中的顆粒物來源主要包括新風(fēng)帶入的顆粒物、人員帶入的顆粒物、在該空間內(nèi)使用的器材帶入的顆粒物、建筑表面地面風(fēng)化起塵及施工過程中殘留的顆粒物。要控制氣承膜建筑內(nèi)空氣中顆粒物的數(shù)量，就要分別對(duì)上述幾個(gè)渠道進(jìn)行處理。

3.1 新風(fēng)帶入顆粒物的處理

因?yàn)樾嘛L(fēng)只能通過機(jī)械單元加壓后才能到達(dá)室內(nèi)，這對(duì)處理新風(fēng)中顆粒物帶來了便利條件。只要在機(jī)械單元內(nèi)增加有效的功能段就能把新風(fēng)中的顆粒物降低到可接受的程度，從而達(dá)到控制室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。氣承膜建筑機(jī)械單元中通常采用過濾除塵或過濾除塵+靜電除塵的處理方法而達(dá)到滿意的效果。

3.2 人員、器材帶入顆粒物的處理

氣承膜建筑內(nèi)活動(dòng)的人員身體、衣物及器材附著有顆粒物，當(dāng)人員從室外進(jìn)入室內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些附著顆粒物就會(huì)進(jìn)入到空氣中，最終形成空氣顆粒物污染。這通過在人員、器材入口處設(shè)置風(fēng)淋設(shè)施，利用室內(nèi)正壓排風(fēng)而明顯減少人體、器材帶入的顆粒物。

3.3 建筑表面、地面風(fēng)化起塵的處理

氣承膜建筑的主體材料為膜材，其表面風(fēng)化起塵可以忽略。只要在設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少土建工程量，就可以避免建筑表面風(fēng)化起塵。對(duì)于地面可采取塑膠自流平等工藝，盡量減少用類似混凝土等易起塵的材質(zhì)處理地面。

3.4 施工殘留物的處理

風(fēng)道等土建施工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，竣工后仍會(huì)有大量殘存在風(fēng)道、設(shè)備基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)角等容易積灰的部位。如果不能徹底的清除，這些灰塵在氣膜使用過程中，會(huì)二次飛揚(yáng)，成為污染源，所以工程竣工正式運(yùn)營以前，對(duì)氣承膜建筑內(nèi)要進(jìn)行徹底的清掃，否則會(huì)使室內(nèi)空氣質(zhì)量明顯下降，造成事倍功半的尷尬局面。

3.5 全面換氣處理

采取了上述措施后，可以大幅度減少進(jìn)入氣承膜建筑內(nèi)顆粒物數(shù)量。一般來說，氣承膜建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量已能夠達(dá)到優(yōu)良品質(zhì)。如果需要進(jìn)一步降低室內(nèi)空氣PM2.5的數(shù)值，可以進(jìn)行全面換氣處理。處理的設(shè)備可以是專設(shè)的風(fēng)柜，也可以在空調(diào)設(shè)備內(nèi)增加處理功能段。處理方式通常采用過濾除塵、過濾除塵+靜電除塵、過濾除塵+濕法除塵三種方式中的一種，其中通風(fēng)量遵照空調(diào)計(jì)算結(jié)果。

4 某氣承膜室內(nèi)空氣質(zhì)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本氣承膜結(jié)構(gòu)平時(shí)的運(yùn)行內(nèi)壓為正壓，約為250 Pa～300 Pa(根據(jù)風(fēng)速和積雪情況設(shè)定其內(nèi)壓)，加上其優(yōu)異的密閉性能，室外的空氣無法通過滲透、自然流通等形式進(jìn)入室內(nèi)。建筑內(nèi)部的空氣只能通過特制的機(jī)械設(shè)備經(jīng)過過濾、冷熱處理、加壓后送入室內(nèi)，所以室內(nèi)空氣質(zhì)量可以得到有效保證。為了檢驗(yàn)實(shí)際的空

氣處理效果和氣膜內(nèi)的空氣質(zhì)量，這里給出我公司的某實(shí)際工程的實(shí)測(cè)結(jié)果。圖3，圖4和表1均為氣承膜結(jié)構(gòu)室內(nèi)外實(shí)測(cè)記錄。

通過連續(xù)跟蹤已在運(yùn)營使用的氣承膜結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，室外空氣AQI爆表的情況下，室內(nèi)空氣質(zhì)量仍可維持在“優(yōu)”的水平，即室內(nèi)空氣AQI≤50。天津?yàn)I海新區(qū)某氣承膜結(jié)構(gòu)室外空氣質(zhì)量指數(shù)AQI=287的情況下，室內(nèi)的AQI=41；北京順義區(qū)某國際學(xué)校，由于加裝了特殊的空氣過濾設(shè)備，室外空氣質(zhì)量指數(shù)AQI爆表的情況下，室內(nèi)的空氣質(zhì)量指數(shù)AQI仍小于30。

表1 某氣承膜結(jié)構(gòu)室內(nèi)外空氣質(zhì)量指數(shù)

測(cè)試點(diǎn)ABCD室外AQI值13151223287

綜上所述，氣承膜建筑的特點(diǎn)可以有效地營造空氣質(zhì)量優(yōu)異的局部小環(huán)境，為體育愛好者或?qū)W生提供良好的運(yùn)動(dòng)環(huán)境。

5 結(jié)語

在霧霾天頻現(xiàn)的目前，大氣顆粒物尤其是PM2.5對(duì)人體的傷害與全國全民健身高漲的熱情形成了一對(duì)尖銳的矛盾，本文從分析PM2.5的治理方法和其在充氣膜建筑中應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，最后結(jié)合實(shí)際工程證實(shí)氣承膜這一經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新型建筑已成為破解這一難題的有效方法。氣承膜體育建筑可以有效應(yīng)對(duì)PM2.5問題，為我國的群眾運(yùn)動(dòng)提供經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008：1566-1571，2073-2082.

[2] 范存養(yǎng).大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)及工程實(shí)錄[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001:34-36.

[3] CECS 158：2015,膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

On air-supported sport game dome dealing with PM2.5

Wei Xiudong Gu Xiangnong Wang Qin

(Broadwell(Shenzhen)TechnologyCo.,Ltd,Shenzhen518057,China)

This paper focus on the feasibility and methods of heavy smog control technology in air supported structures. Some real data measured in a air dome were shown and verified air dome can achieve an excellent indoor air quantity and provide a good place for people sports games by economic means.

air-supported structure, PM2.5, sports game, air treatment

1009-6825(2017)02-0194-02

2016-11-04

魏秀棟(1978- )，男，助理工程師； 古向農(nóng)(1968- )，男，高級(jí)工程師； 王 秦(1969- )，男，高級(jí)工程師

TU245

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