北京地區(qū)新風空調(diào)器的空氣過濾與結(jié)構(gòu)設計

李楠 李宜浩

摘 要：以北京地區(qū)某大型超市為研究對象，通過監(jiān)測的室外PM2.5的計重濃度，以及各類過濾器的合理匹配，結(jié)合終阻力的合理范圍，設計了串聯(lián)式過濾器，使室內(nèi)空氣達到國家合格標準。通過分析得到了一些有價值的結(jié)論，為北京地區(qū)新風空調(diào)器的研制提供了參考依據(jù)。

關鍵詞：PM2.5;新風空調(diào)器;過濾效率;阻力

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，健康的室內(nèi)環(huán)境是人人向往的目標，室內(nèi)空氣品質(zhì)與人們健康息息相關，一些常見疾病如肺心病、心血管病、癌癥等均與顆粒物污染及其復合污染有關。近年來我國大氣中PM2.5（空氣動力學直徑da<2.5μm）的污染問題日益嚴重，困擾我國北京地區(qū)的大范圍霧霾污染時有發(fā)生，霧霾天氣下，室外PM2.5濃度升高，嚴重危害人體健康。控制室內(nèi)空氣的有害PM2.5濃度水平，通過合理的配置過濾器，同時使已成了空氣環(huán)境保障系統(tǒng)必須面對的問題[1]。在室外大氣污染難以短期根治的情況下，本文從過濾器的過濾效率及終阻力應用角度闡述新風空調(diào)器對北京某商業(yè)綜合體室外新風進行控處理的方法，合理比較后選出合適的過濾器，以期能為相關人員提供一些有益的參考。

2 室外污染源

室外大氣PM2.5濃度的變化相當大，與時間、地點、環(huán)境條件、氣象等諸多因素有著密切的關系。我國環(huán)境保護部行業(yè)標準HJ633—2012《環(huán)境控制質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》給出了空氣質(zhì)量指數(shù)分級標準[2]，規(guī)定室外空氣質(zhì)量指數(shù)類別為優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴重污染，對應的PM2.5的24h均值范圍分別為：0～35μg /m3、35～75μg/m3、75～115μg/m3、115～150μg/m3、150～250μg/m3、250～500μg/m3。本工程商業(yè)綜合體臨街，PM2.5波動范圍在0～720μg/m3。按我國PM2.5標準來衡量，該臨街道路污染頻率較高，其中約有47.4%時刻滿足日均值二級標準（<75μg/m3），輕度污染、中度污染、重度污染、嚴重污染所占比例為11.8%、7.2%、12.5%、21.1%。

3 室內(nèi)PM2.5控制標準

我國是PM2.5污染嚴重的國家，近些年來整體呈PM2.5高污染態(tài)勢，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)污染尤為顯著。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展城市汽車保有量的迅速增加，城市大氣中小顆粒物所占比例不斷增大，更應該關注PM2.5對人體健康的危害，所以我國應盡快制定PM2.5的室內(nèi)控制標準。GB18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》給出的可吸入顆粒物（PM10）的日平均值150μg/m3，參考WHO標準中PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度比為0.5，估計今后出臺的國家標準 PM2.5的日平均濃度可高達75μg/m3左右。國家環(huán)保部發(fā)布的GB3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》[2]規(guī)定“居民區(qū)的PM2.5的年平均濃度不得超過35μg/m3，PM2.5的24小時平均濃度不得超過75μg/m3。”

4 新風空調(diào)器的設計要求

為了降低室內(nèi)PM2.5的濃度，達到提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的目的，需要在新風機組中配置空氣過濾器。在對空氣過濾器進行設計選型時，首先要確定室內(nèi)外的設計濃度。對于新風機組來說，入口濃度即為PM2.5室外設計濃度，出口濃度為PM2.5室內(nèi)設計濃度（假定室內(nèi)無其他污染源）。

5 空氣過濾器分級標準

不同國家、地區(qū)對于空氣過濾器的評價標準不同，一般按效率進行分級，即根據(jù)其過濾效率進行等級區(qū)分。表1為我國空氣過濾器分級標準。

6 空氣過濾器的效率

根據(jù)含塵濃度計量方法的不同，過濾器的效率分為計重效率、計數(shù)效率以及比色效率或濁度效率。一般采用過濾器氣流的進出口濃度來表示效率：

式中：η—除塵器的全效率（%）;—進入除塵器的粉塵量（μg/s）;—除塵器除下的粉塵量（μg/s）;—除塵器入口風量（m3/s）;—除塵器出口風量（m3/s）;—除塵器入口濃度（μg/m3）;—除塵器出口濃度（μg/m3）。

本工程新風機組進風濃度（除塵器入口濃度）按最不利情況選取，取500μg/m3;新風機組送風濃度（除塵器出口濃度）室內(nèi)按75μg/m3來考慮。除塵器入口風量與除塵器出口風量均相等，所以新風機組的過濾器，過濾效率低的在前，過濾效率高的在后，并且串聯(lián)。不同等級過濾器，其串聯(lián)效率可由下式計算：

為了使過濾效率達到標準，確保過濾器滿足室內(nèi)使用工況要求，先經(jīng)過粗效4過濾器、中效1過濾器，再經(jīng)過高中效過濾器，并且假定系統(tǒng)漏風率為0，經(jīng)過試算得到，滿足過濾要求。

傳統(tǒng)過濾器串聯(lián)形式如圖2所示：

7 空氣過濾器的阻力

以上通過過濾效率的匹配，分析確定了過濾器串聯(lián)的形式和種類。但這些傳統(tǒng)的過濾器通過表2的終阻力數(shù)值可以看出，終阻力之和達到了460Pa，而常用的新風空調(diào)器過濾器阻力只有大約50Pa，這勢必會導致風機的壓頭增大。所以選擇阻力小的過濾器尤為重要，

根據(jù)除塵效率的大小將靜電除塵器分為低效除塵器（50%-80%）、中效除塵器（80%-95%）和高效除塵器（95%以上）[3]。而目前正在使用的靜電除塵器基本都屬于高效除塵器，本文取95%。靜電除塵器的阻力一般為100-200Pa，本文取100Pa。尼龍網(wǎng)過濾器一般用在新風機組、風口等與外界空氣直接接觸的場合，作為空調(diào)系統(tǒng)的初級過濾使用，計重效率達到65%，初阻力≤15Pa，終阻力取30Pa。尼龍網(wǎng)過濾器在前，靜電過濾器在后，根據(jù)串聯(lián)形式的過濾效率公式，滿足過濾要求。

過濾器總阻力為30+100=130Pa，而傳統(tǒng)的過濾器為粗效過濾器，阻力為50Pa。因此這種過濾器的阻力比傳統(tǒng)的新風空調(diào)器過濾器阻力50Pa大了80Pa。由于過濾器總阻力是固定值，沒法減少，而且新風空調(diào)器表冷器的阻力值100固定不變，所以只能從風管余壓入手通過減少風管段的長度來抵消掉這一部分阻力損失。

8 設計算例

本工程新風空調(diào)機組風管總長度60m，總風量3000m3/h，風管在走廊布置，每隔8.3m分別為兩個商鋪房間送新風，商鋪總數(shù)15間。送風支管與總管垂直，主管最大干管長邊為a=650mm，短邊b=200mm，支管道長邊為a=120mm，短邊為b=120mm。每個商鋪面積25m2，選擇06H型號的風機盤管，商鋪新風量為200m3/h。新風管道平面圖布置如圖3所示：6H

通過軟件的風管水力計算，得到風管的余壓為346Pa。風系統(tǒng)水力計算表如表2所示，風系統(tǒng)局部阻力匯總表如表3所示。

單位管長比摩阻為=5.83Pa/m，再用=13.72m，所以新風空調(diào)機組風管總長度比原來節(jié)約13.72m。

9 結(jié)論

新風空調(diào)器把室外污染的大氣處理能否處理到到合理的狀態(tài)，在很大程度上取決于過濾器是否具有良好的設計，以及多余阻力是否能夠通過減少管段長度合理消除。本文從通過對選擇過濾器分析得到的結(jié)果來看，采用尼龍網(wǎng)過濾器+靜電除塵器的方式，按照所給公式依次進行計算，最終計算結(jié)果表明過濾效率能夠達到要求。通過所選擇的過濾器阻力與傳統(tǒng)的過濾器阻力比較，結(jié)合實際算例可以得出結(jié)論，將原管段減少13.72m來補償多余的阻力滿足要求。

參考文獻

[1]曹國慶，謝慧等.公共建筑室內(nèi)PM2.5污染控制策略研究[J].建筑科學，2015，31（4）：40-44

[2]中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境控制質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）HJ633—2012[S].北京：中國標準出版社，2012

[3]黎敏.生產(chǎn)車間SBS粉塵污染控制技術(shù)研究[D].長沙：中南大學，2007

作者簡介：

李楠，1981年8月23日生，碩士研究生，設計員，中級工程師