住宅新風凈化與室內空氣品質

劉 飛 劉 穎

(同濟大學浙江學院，浙江 嘉興 314051)

住宅新風凈化與室內空氣品質

劉 飛 劉 穎

(同濟大學浙江學院，浙江 嘉興 314051)

通過對南京和上海的各兩臺新風機組處理段的顆粒分布和PM10，PM2.5的濃度測試，分析了新風機組過濾器的性能以及過濾器的布置位置對新風品質的影響，并根據各處理段顆粒物濃度變化情況研究了影響室內空氣品質的因素，以不斷完善與優化新風空調過濾系統的性能。

過濾器，空氣品質，可吸入顆粒物濃度，空調系統

1 概述

采用空氣過濾設備是改善室內空氣品質最有效的方法，同時可以降低建筑和空調系統的維護和清洗費用。資料表明僅設一組粗效過濾器，空氣的潔凈度不易滿足要求，故推薦采用兩級過濾。本課題研究新風系統配置了粗效過濾器G4和高中效過濾器F7的空氣過濾器后對空氣品質的影響，并且對上海和南京的典型住宅的夏季新風系統的可吸入顆粒物濃度進行了測試和分析。針對當地大氣顆粒物的污染情況，對過濾器的配置與運行效果進行研究分析，從而完善與優化新風空調過濾系統性能。

2 新風空調系統的過濾性能

2.1 新風系統可吸入顆粒物濃度測試

在南京和上海分別選擇兩個典型住宅用的新風空調機組，測試機組的新風引入口、過濾器前后、表冷器前后、新風出口、機組排風入口和出口等的PM10和PM2.5可吸入顆粒物，塵埃粒徑分布濃度。

新風系統如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2的布置圖可以看出，南京機組G4和F7過濾器先串聯對新風進行集中過濾，新風過濾后再通過轉輪換熱器和表冷器；而上海機組新風先經過G4過濾器，再通過轉輪換熱器和表冷器，最后再通過F7過濾器。

2.2 新風空調機組過濾器性能分析

根據規范規定，G4級粗效過濾器在額定風量下的計數效率為70%≤η<90%(對粒徑>5 μm)，F7級的高中效過濾器的額定風量下的過濾效率為70%≤η<99%(粒徑>1 μm)，F5級的中效過濾器在額定風量下的過濾效率為30%≤η<50%(粒徑>1 μm)。南京新風空調系統采用的是G4和F7兩級過濾器串聯的形式，式(1)為兩級串聯過濾器的效率計算公式，若按照規范要求的G4和F7的最低效率值，即G4取70%，F7取70%，可計算串聯后允許的最低效率為0.91。

η=1-(1-η1)(1-η2)

(1)

其中,η1為第一級過濾器的效率；η2為第二級過濾器的效率。

根據測試得到的各個機組的粒徑分布數值，可計算出各個過濾器的計數效率，計數效率按照式(2)進行計算：

(2)

其中，Ni后為過濾器后某一粒徑范圍內的顆粒數；Ni前為過濾器前某一粒徑范圍內的顆粒數。

經過計算，各個機組過濾器的效率如表1所示。

表1 新風機組過濾器計數效率

根據以上計算結果可知，6組過濾器(包括2組串聯過濾器)中，除了上海1號機組G4 過濾器(70%～90%)和上海2號機組F7(70%～90%)滿足規范要求外，其他4個過濾器的效率都低于規范要求的最低效率，南京兩臺機組采用G4 和F7 過濾器串聯效果并不理想，串聯效率都遠低于0.91，特別是南京2號機組，串聯效率僅為47.8%。對比過濾器的更換時間，南京的G4過濾器1周清洗1次，當天剛剛清洗過，F7在兩周前更換過(原計劃是1季度更換1次)，盡管G4剛剛清洗，F7也更換沒有多久，但是兩者的串聯效果并不理想，可能有兩方面的問題：1)由于G4清洗效果不理想，對F7的保護作用不是很明顯；2)可能F7過濾器1季度更換1次的頻率偏低，其在2周時已經效率偏低。

上海1號機組效率偏低的F7過濾器1個多月前更換過(原計劃1季度更換1次)，說明1季度更換1次頻率偏低，過濾器在使用1個月已經效率偏低；滿足要求的G4 過濾器5 d前更換過。上海的2號機組的更換時間和上海1號機組的更換時間相同，但結果卻和1號機組不同，F5和F7過濾器是滿足要求的，而G4 過濾器卻不滿足要求。由過濾器的效率失效和更換情況可見，單純按照時間來更換過濾器并不合理，有可能出現還未到時間，過濾器已經失效的情況，最好對過濾器的效率進行監控，在檢測到過濾器效率較低時及時地進行更換。

2.3 新風機組過濾器布置位置的影響

南京小區新風機組的G4和F7是緊密相鄰設置在轉輪和表冷器前，而上海新風機組的空氣過濾器G4和F7分開設置在轉輪、表冷器的前和后，兩者的不同布局對新風的過濾效果以及轉輪和表冷器積塵對新風的污染，都有著不同程度的影響。根據南京和上海機組各段的PM10和PM2.5顆粒物濃度測試結果，可計算出經過兩級過濾以及表冷器和轉輪換熱器后的顆粒濃度下降的相對值，利用計算結果初步分析哪種新風機組的布置方式有利于顆粒物濃度的下降。南京機組需計算經過表冷器后顆粒物濃度相對于過濾器G4前的顆粒物濃度的下降值，即按照式(3)來計算，計算結果見表2。

(3)

上海機組需計算經過F7后顆粒物濃度相對于G4前顆粒物濃度的下降值，即按照式(4)計算，計算結果見表2。

(4)

其中，λ為顆粒物濃度的下降值；X為顆粒物濃度。

表2 新風機組可吸入顆粒物濃度下降值

對比上海機組和南京機組PM10和PM2.5的下降值，上海機組PM10和PM2.5的下降值要分別大于南京機組的PM10和PM2.5的下降值，因此上海機組G4過濾器和F7過濾器分開設置的布置方式稍優于南京機組將G4和F7過濾器集中設置的布置方式，分開設置可能有利于減少表冷器和轉輪式換熱器的二次污染的影響。由于新風空調系統的過濾效果還受其他很多因素的影響，包括過濾器的過濾效率，表冷器表面積塵的影響，轉輪換熱器引起的新風回風交叉污染的情況等等，因而新風空調系統的過濾器布局形式需要進一步研究。

2.4 新風空調系統的可吸入顆粒物濃度變化分析

通過匯總各階段新風可吸入顆粒物濃度的變化(見圖3，圖4)，進一步分析可吸入顆粒物濃度與室內空氣品質之間的關系。

根據4個新風機組的顆粒物濃度變化可以看出，PM10 和PM2.5 可吸入顆粒物濃度從新風機組的室外新風引入口進入新風機組后有所下降。這顯然與新風過濾網(濾網對可吸入顆粒物無任何過濾效果)、防雨百葉嚴重積塵、新風機組吸入段的清潔保養欠佳有關；上海新風機組室外新風引入口顆粒物濃度比南京機組的新風引入口顆粒物濃度高，也與測試期間當地區域的大氣環境質量有關；南京小區所在的奧體區域的環境質量指數較低(API指數為1級污染)，上海小區所在的寶山地區的奧體區域的環境質量指數較高(API指數為2 級污染)。室外新風機組經過新風空調機組的空氣過濾器G4(或F7)后，盡管PM10和PM2.5可吸入顆粒物濃度值有所下降，但在轉輪換熱段和表冷段的可吸入顆粒物濃度均有不同程度的提高，這顯然與轉輪換熱器和表冷器的積塵有關，特別是南京2臺機組的轉輪換熱器的旁通風門沒有關閉(根據現場操作人員介紹，是為了保證足夠的風量)，這樣經過G4 和F7 過濾后的新風又可能被排風污染。同時由于送風機和排風機的風壓配置與調試不佳，使得轉輪換熱器段處的壓力不合理，造成排風與新風互相交叉滲透和交叉污染。分析每個新風機組出風到各用戶端的送風口顆粒數變化可見，PM10和PM2.5可吸入顆粒物的濃度略有升高，與經過表冷器處理后的空氣攜帶水汽有關，但可吸入顆粒物顆粒數(除上海2號送風管內積塵嚴重超標再污染外)均有顯著下降，顯然與表冷器后濕潤的顆粒物在風管內沉降有關。經過新風空調機組處理，通過送風主管、干管和支管后的顆粒物濃度較低的新風，進入送風靜壓箱再由室內送風口送入室內，由于室內人員、家具和裝修等污染作用，使室內顆粒物濃度明顯升高(包括PM10，PM2.5和顆粒物總數)。相關研究表明，室內人員活動和物品及裝修等是空調房間室內的主要污染源?？傮w分析室外、送風管、送風口、室內的顆粒物濃度關系：室外顆粒物濃度>室內顆粒物濃度>送風口處顆粒物濃度>送風管處顆粒物濃度；品質不佳的室外新風經過新風空調機組集中過濾(G4和F7)后達到送風管的塵埃濃度有所下降，新風空調機組集中過濾效果明顯。

3 結語

空氣過濾器的設置位置不同，對新風系統的空氣品質影響不同，需要進一步研究新風空調機組熱回收裝置和過濾器的布局對空氣品質的影響。另外，標準ISO/DIS 16814建筑環境設計—室內空氣質量—人居環境室內空氣質量，應有一級至少是F7過濾器(相當于國內的高中效)，最好用F9過濾器(相當于國內亞高效)。根據現有各種新風機組的空氣過濾器配置(送風G4和F7，排風G5)及其布局，特別是為了有效避免現有新風機組配置的轉輪熱回收的滲透再污染，建議F7過濾器合理設置，至少應在轉輪熱回收段的后面，把塵菌阻隔于新風機組出風口之內不使其進入送風管道。此外，還可進一步研究新風系統的凈化方式對新風品質的影響，如采用靜電過濾器或其他形式的過濾器時新風品質有沒有提高等等。通過對新風系統各個環節的研究，進一步優化新風系統，研究出新風系統各個部件的布局，過濾器性能和凈化方式的最佳設計，實現新風機組性能和效益的最大化。

[1] GB/T 18883—2002，室內空氣品質標準[S].

[2] GB 50365—2005，空調通風系統運行規范管理[S].

[3] 劉燕敏，聶一新.空調風系統的清洗對室內可吸入顆粒物和微生物的影響[J].暖通空調，2005，35(2)：31-32.

[4] 劉 錦，劉燕敏.空調換熱器清洗與節能效果的分析[J].暖通空調，2007，37(1)：92-93.

[5] GB 50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[6] ANSL/ASHRAE standard 62.1-2007 Ventilation for Acceotable Indoor Air Quality.

Fresh air purification and indoor air quality of the residential house

Liu Fei Liu Ying

(ZhejiangCollege,TongjiUniversity,Jiaxing314051,China)

Based on particle distribution and PM10 and PM2.5 concentration testing of two new fresh air units in Nanjing and 2 fresh air units in Shanghai at various treatment phases, the paper analyzes whether the new fresh air unit filter performance meets demands and the impact of filter distribution upon new fresh air quality. According to particle concentration varying conditions at various treatment phases, it discusses factors influencing indoor air quality, with a view to continuously improve and perfect new fresh-air-conditioning filtering properties.

filter, air quality, inhalable particle concentration, air-conditioning system

2015-03-07

劉 飛(1986- )，女，助教； 劉 穎(1982- )，女，工程師

1009-6825(2015)14-0130-03

TU831.5

A