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新风系统针对住宅内PM2.5控制效果分析

添加时间:2018-06-27 来源:新风系统

  室内PM2.5的主要来源包括室内燃烧过程 (包括吸烟、火炉、熏香等) 、烹饪过程、人员活动、设备运行等。此外, 室外空气对室内颗粒物浓度的影响非常大, 对于没有空调的住宅, 室外空气中PM2.5对建筑围护结构的平均渗透率达70%, 而对于有空调器的住宅, 平均渗透率则为30%;对于没有明显室内污染源的住宅, 75%的PM2.5来自室外;对于有室内污染源的住宅, 仍然有55%~60%来自室外。大气颗粒物进入室内的主要途径为空调新风系统、自然通风、围护结构缝隙穿透及人员携带[4]等。控制住宅室内PM2.5浓度应主要从控制其室内源和室外源入手。控制PM2.5室外源的主要手段为提高围护结构气密性并降低空调新风系统中的PM2.5浓度。本文主要对住宅新风系统PM2.5控制技术及其效果进行分析研究。

  2015年世界卫生组织 (WHO) 提出的要求是PM2.5浓度年均不高于10μg/m3, 日均不高于25μg/m3;美国2016年发布的WELL Building standard v1中, 提出PM2.5不高于15μg/m3。我国的T/ASC02—2016《健康建筑评价标准》综合对我国国情及使用者健康的考量, 参考世界卫生组织《空气质量准则》第一阶段目标值和我国GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准值, 对建筑室内空气颗粒物年均浓度值进行了限定。标准中对室内PM2.5的控制项要求是年均浓度应不高于35μg/m3, 得分项要求是允许全年不保证18 d的条件下, PM2.5日平均浓度不高于37.5μg/m3, 进一步的加分项要求日均浓度不高于25μg/m3。

  住宅建筑的通风途径主要是自然通风和机械通风, 在室外雾霾天气时, 开启外窗进行自然通风或未采取空气过滤措施的机械通风, 均会造成室内PM2.5浓度的提高。在此情况下, 通过有空气过滤、静电吸附等措施的机械通风, 可实现对室内PM2.5污染的主动控制, 机械通风控制室内PM2.5污染主要取决于新风量 (换气次数) 、PM2.5净化效率和室内气流组织。

  新风量是影响室内空气质量的关键设计参数, GB/T 18883—2002《室内空气质量标准》中规定, 室内人员新风量不应小于30m3/ (h·人) 。由于居住建筑的建筑污染部分比重一般高于人员污染部分, 按人员新风量指标所确定的新风量未考虑建筑污染部分, 从而无法保证始终完全满足室内卫生要求。因此, 对于居住建筑应将建筑的污染构成按建筑污染与人员污染同时考虑, 对于设置新风系统的居住建筑, 其设计最小新风量宜按换气次数法确定。

  常用的PM2.5净化措施有空气过滤和静电吸附。空气过滤是通过纤维过滤材料, 捕集空气中的颗粒污染物的净化方式。空气过滤器的分类按过滤器的效率分为粗效过滤器、中效过滤器、高中效过滤器、亚高效过滤器和高效过滤器。其中, 中效过滤器和高中效过滤器的过滤效率均是以过滤1μm粒径颗粒物为准。GB/T 14295—2008《空气过滤器》中规定, 额定风量下的中效过滤器的效率为20%≤E<70%, 高中效过滤器的效率为70%≤E<95%。静电吸附技术的基本原理是将含颗粒物的空气引入高电压静电场内, 通过尖端放电作用使其中的颗粒物携带电荷, 带电颗粒在电场中受到电场力的作用, 向带相反电性的电极板运行, 并富集于其上, 从而达到洁净空气的目的。应用静电吸附控制室内PM2.5时, 其性能可达到中效和高中效过滤器的净化效率。

  对于住宅建筑, 选用高中效空气过滤器或静电吸附, 均可有效降低空气中的PM2.5浓度。良好的室内气流组织可提高室内空气质量, 住宅机械新风系统常用的气流组织形式为地板送风—上回风、上送风—上回风。地板送风时室内地区气流不断上升, 向上夹带室内下部空间的颗粒物, 直到排出室外。地板送风对减少室内工作区域颗粒物浓度有积极作用。采用具有PM2.5净化功能的户式新风系统, 既可满足住宅内人员对新风的需求, 又可降低室内PM2.5及其他粉尘污染物浓度, 保证室内良好的空气品质。新风机组设置高中效过滤器, 对粒径不小于1μm粉尘粒子的过滤效率95%>E≥70%;排风管道设置粗效过滤器, 对粒径不小于5μm粉尘粒子的过滤效率E≥50%。PM2.5净化设备两侧宜设置压差监测系统, 当压差超过设定值时, 自动报警, 并对过滤器进行更换。户式新风系统的风量按照满足室内换气次数选取, 并应同时保证室内人员的新风量不低于30 m3/ (h·人) 。

  为保证室内较高的空气品质, 住宅室内送回风系统形式宜采用地板送风系统, 送风口布置在室内阳台或外窗附近, 送风口风速不大于0.5 m/s;回风口集中设置在客厅或餐厅吊顶, 回风口风速不大于1.5 m/s;送、回风口具备风量调节功能。地板送风的风管高度为20~50 mm, 风管布置在地板采暖绝热层内;风管弯头采用圆弧弯头, 不应采用90°直角弯。户式新风系统适宜用UPVC塑料管道, 采用承插粘接方式, 埋地风管采用扁方形风管。埋地风管的新风分配器、接风口底盒采用镀锌钢板制作成品。新风取风口应设在室外空气较清洁的地方, 且在排风口的上风侧, 当进、排风口设置在同侧时, 风口间距不宜小于2 m, 不得小于1.5 m, 进、排风口底部距离室外地面不小于2 m, 均需设置防虫网。

  采用户式新风系统时, 新风设备可安装在户内设备阳台、厨房吊顶或设备间内, 远离卧室避免噪声干扰。应预留220 V/50 Hz电源, 新风换气机吊顶需预留检修口, 尺寸应满足更换过滤器等检修维护要求;需校核设备荷载条件, 安装位置的楼板混凝土中应预留吊装构件。为保证良好的室内声环境, 户式新风机应在室内吊顶安装时, 设备噪声应不大于35 d B (A) ;在室外安装时, 设备噪声不大于45 d B (A) 。户式新风系统应具备热回收功能, 全热回收效率不小于60%, 显热回收效率不小于65%, 以满足节能要求。对于室内外温差大、含湿量差小的地区, 应选用显热回收型新风换气机, 其他地区采用全热回收型新风换气机。

  此外, 户式新风机应带空气内循环功能, 室外污染严重时可实现室内空气循环;同时应带有旁通功能, 过渡季可直接引入新风。可通过比较室内、外空气焓差控制旁通阀的开启;过渡季利用全新风时, 开启旁通排风机和新风换气机内的送风机。开关风阀与送排风机连锁开启, 排风温度低于设定值时自动关闭风阀及送排风机;夏热冬暖地区、温和地区等地区, 新风入口可不设开关连锁风阀。住宅建筑室内PM2.5浓度主要受室外空气中PM2.5浓度、围护结构气密性和室内PM2.5污染源影响。目前居住建筑节能设计标准要求外窗的气密性较高, 外窗气密性均为6级以上, 可极大减少由围护结构进入室内的PM2.5。采用带PM2.5净化功能的新风系统, 不仅可有效降低室内PM2.5浓度, 还可为室内人员提供所需的新风量。

  由理论计算分析可知, 当室外PM2.5浓度较高时, 新风系统运行5 h, 可控制室内PM2.5浓度低于37.5μg/m3, 但之后虽然新风系统持续运行, 但室内PM2.5浓度变化不大。考虑室内污染源的影响, 室内PM2.5浓度较难低于25μg/m3。在实际工程使用时, 可提前开启新风系统并连续运行, 以保证室内较低的PM2.5浓度。

  本文对室内PM2.5的分析基于理论计算, 未考虑室内PM2.5污染源, 当室内进行生活活动时, 会瞬时提高室内PM2.5浓度, 对此, 可通过将活动控制在特定区域 (如炊事活动位于厨房, 淋浴位于卫生间等) 或采取特定通风进行控制。