空調系統氣溶膠污染的實測分析

張杰 劉澤華 寧勇飛 李惠敏

南華大學城市建設學院

空調系統氣溶膠污染的實測分析

張杰 劉澤華 寧勇飛 李惠敏

南華大學城市建設學院

本文實測了衡陽市某商業廣場的一臺空調風柜風口處、風口正下方呼吸區、呼吸區下方的氣溶膠濃度及粒度分布。結果表明：1）室內氣溶膠濃度比管道內的濃度要高（除回風口外），當粒子尚未在空調風管內發生二次懸浮時，管道內氣溶膠濃度沿程下降；回風口的氣溶膠濃度有一定的富集；2）從粒子的粒度分布看，室外各粒徑段的粒子數明顯大于室內，空調風系統內粒子數隨粒徑的增大迅速減少，系統內粒子的粒徑范圍主要在5μm以下，5μm以上的粒子數很少或者幾乎沒有；3）過濾網清洗后，送風氣流中總含塵量明顯減少；但各粒徑段粒子數的變化情況卻不一樣，小粒子（粒徑為0.3～0.7μm）數量增加，大粒子（粒徑大于0.7μm）數量有所減少；4）通過歷時兩個月的空調風管中氣溶膠微粒的沉積采樣，表明空調風管內平均沉積量為16.8502mg/(m2·d)；但各點的測試值差別較大。

空調風管 氣溶膠濃度 粒度分布

通風空調系統在給人們帶來舒適的熱濕環境的同時也可能由于安裝不當或運行維護不良，產生大量的有機性、無機性和生物性等多種氣溶膠，并隨送風進入室內，影響人體健康[1～2]。近年來，各地對中央空調污染做了較為深入的調查[3～4]，實測了空調系統中細菌、真菌、積塵量、粉塵濃度、軍團菌和β-溶血性鏈球菌等，但對氣溶膠的粒度分布及其每天的沉積量研究較少，而氣溶膠（顆粒物）的粒度分布是研究氣溶膠控制機理的重要因素。本文實測了衡陽市某商業廣場一臺空調風柜內及室內外的氣溶膠濃度及粒度分布,為空調室內的氣溶膠污染提供樣本。

1 實測方法

本文的實測對象位于衡陽市中心繁華地段，是一棟集購物、娛樂、餐飲、休閑等功能于一體的大型商業建筑。建成于2004年，地下1層，地上4層，本文實測的為二層服裝部一臺空調風柜送、回風口，風口正下方呼吸區（離地約1.6m）及呼吸區下方（離地約0.5m）的氣溶膠濃度及粒度分布情況。該風柜的風量為4000m/h3，制冷量為22.5kW，在回風口處使用粗效過濾器。氣溶膠濃度的實時檢測采用的是PDR1000型粉塵儀（量程：0.001～400mg/m3，精度：±5%，分辨率：0.001mg/m3），粒度的測量采用的是MTONE237B型便攜式激光粒子計數器（該儀器含有6個測量通道可以測量≥0.3μm、≥0.5μm、≥0.7μm、≥1μm、≥3μm、≥5μm以及0.3～0.5μm、0.5～0.7μm、0.7～1.0μm、1.0～ 3.0μm、3.0～5.0μm的粒子數。流量速率為0.7075L/ min，靈敏度為0.3μm）。其相應的系統平面及測點布置見圖1。

圖1 被測試的機組平面及測點布置

2 實測結果與分析

2.1 室內外及空調風管中氣溶膠的濃度分析

2013年8月1日上午10:00進行第一次測量、下午15:30進行第二次測量，室內氣溶膠濃度的測量數據見圖2（其中“a”代表第一次測量，“b”代表第二次測量，“1”代表在風口處的測量，“2”代表在風口正下方呼吸區的測量，“3”代表在呼吸區下方的測量），上午測量室外的氣溶膠濃度為0.065mg/m3、下午測量的濃度為0.071mg/m3。均未超過《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中總懸浮顆粒物濃度為0.3mg/m3的限值。

圖2 室內氣溶膠濃度的實測值

從室內外測量值，可以得出如下結論：

1）對比室內外氣溶膠濃度可以看出，上午室內呼吸區氣溶膠濃度平均為0.0482mg/m3，下午室內平均濃度為0.0546mg/m3，均比室外氣溶膠濃度低，室內氣溶膠濃度測試值與文獻[3]的測量結果一致。該建筑物地處繁華地段，而進行室外環境參數測量的地點又緊靠馬路，人員、車輛活動頻繁可能造成揚塵較多，使室外氣溶膠濃度測量結果偏高。對比上午和下午室內呼吸區的實測數據，氣溶膠在室內也有一個累積過程，人員活動及新風的輸入使氣溶膠含量有一定的增加。

2）上午送風口處的氣溶膠濃度平均為0.0428mg/m3，下午平均濃度為0.05mg/m3，送風口處氣溶膠濃度與文獻[3]的測量結果類似。上午室內氣溶膠濃度比管道內（除回風口外）的濃度高11.2%，下午高8.4%。上午1，2測點風口處氣溶膠濃度平均為0.0465mg/m3，3，4測點平均為0.039mg/m3，濃度減小約16.1%；下午1，2測點風口處氣溶膠濃度平均為0.054mg/m3，3，4測點平均為0.046mg/m3，濃度減小約14.8%，空調風管內各測點的氣溶膠濃度沿程減少，表明氣溶膠在該風管內還未發生二次懸浮。

3）上午送風口氣溶膠濃度平均為0.0428mg/m3，回風口的氣溶膠濃度平均為0.093mg/m3，下午送風口氣溶膠濃度平均為0.05mg/m3，回風口的氣溶膠濃度平均為0.103mg/m3，回風口氣溶膠濃度約為送風口平均濃度的2倍。回風口處的氣溶膠微粒濃度大幅度地增加，這是由于回風口是空調系統的匯，污染物易在回風口處富集，所以在系統回風口處加中、高效過濾器對減小管道內氣溶膠濃度、減少氣溶膠在管道內的沉積、延長空調風管的清洗時間、改善室內空氣品質有至關重要的作用。

從以上數據可得，室內空氣中的氣溶膠濃度均未超過《室內空氣質量標準》GB/T 18883-2002中PM10的限值（0.15mg/m3）。除此之外，本文還對顆粒物的粒度進行了詳細的測量，表1為上、下午室內外粒子粒度分布的測量結果，圖3為上、下午室內外粒子粒度分布圖。

表1 上、下午室內外粒子粒度的測量結果

圖3 上、下午室內外粒子粒度分布

從圖3可以看出，室外各粒徑段的粒子數明顯大于室內，上午室外各粒徑段的粒子數比室內分別多78.9%，148.4%，261.1%，428.9%，1092.9%，31.8%；下午室外各粒徑段的粒子數比室內分別多35.7%，141.9%，321.6%，318.4%，980.4%，242.9%，其中以3.0～5.0μm的粒子數變化率最大，當為小粒徑時，粒子受重力、擾動的影響較小，粒子變化率相對較小，隨著粒徑增大，粒子受室外車輛、人員的擾動增大導致粒子的變化率逐漸增大，當粒徑大于5μm時，由于重力的影響，室內外的粒子變化率減小。室外上午、下午實測的粒度分布比較一致，室內的情況也類似，但室內和室外各粒徑段的粒子數所占的比例略有差異，由于室內比室外清潔，室外粒徑范圍為0.3～0.5μm的粒子數約占91%，而室內則約占95%，隨著粒徑的增大，室內各粒徑段的粒子所占的比例比室外減小。圖4為室內不同粒徑段的粒子濃度測量結果。

圖4 室內不同粒徑段的粒子分布

從粒子的粒度測量結果可得：

1）由于室內人員的活動、新風的輸入使下午室內和風管內的粒子數比上午測量時有明顯的增加。回風口附近各粒徑段的粒子數明顯高于送風口。

2）空調管道內的粒子隨著粒徑的增大，下一個粒徑段的粒子數比上一個粒徑段的粒子數基本都小一個數量級，粒子數減少得相當明顯，粒徑較小的粒子數（0.3μm～0.5μm）遠大于粒徑較大的粒子數（3.0μm ～5.0μm），粒徑≥5.0μm的粒子很少。可見，空調系統內粒子的粒徑范圍主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子很少或者幾乎沒有。

3）對于粒徑較小的粒子（小于5.0μm），在風口、呼吸區、呼吸區下方粒子數的變化規律不明顯，但是對于粒徑較大的粒子（大于5.0μm），在呼吸區下方的粒子數明顯高于呼吸區和呼吸區上方（除回風口）。

2.2 回風口過濾網清洗前后的實測分析

本次測量的時間是2013年8月8日上午10:30，是在7天后對同一風柜的5個風口進行測試，期間對回風口過濾網進行清洗一次。氣溶膠微粒濃度、各粒徑段粒子數的變化情況如圖5所示。

圖5 過濾網清洗前后氣溶膠濃度及各粒徑段粒子數變化

從圖5可以看出：

1）回風口過濾網清洗后，送風口氣溶膠濃度平均減少了56.1%，回風口濃度減小了55.9%。過濾網清洗后，由回風口進入空調風系統的粒子數大幅減少，由此可見，定期對空調系統的過濾網進行清洗，可有效減少風管內氣溶膠濃度，改善室內空氣品質。

2）過濾網清洗后，空調風管內粒徑為0.3～0.7μm的粒子數明顯增加，粒徑≥0.7μm的粒子數有所減少，各粒徑段的粒子數變化率分別為+10.88%，+82.65%，-27.86%，-60.75%，-58.97%，-84.2%,可以看出粒徑范圍0.5～0.7μm和大于5μm的粒子數變化最大。由于該風柜回風口使用的是粗效過濾網，對于小粒徑的粒子過濾效果較差，所以當過濾網清洗后，粒徑為0.3～0.7μm的粒子數會有所增加；但對粒徑較大的粒子，潔凈的粗效過濾器對大粒子的過濾作用增強，隨著粒徑的增大，穿透的粒子數將減少。

2.3 空調風管內長期采樣數據及結果分析

表2為歷時兩個月（2013.8.1～2013.9.30）的空調風管中氣溶膠微粒的沉積采樣數據。其采樣方法是：在實測空調風柜的4個出風口和1個回風口附近各放置一塊采樣鐵片（鐵皮編號與風口編號一致），2個月后，經過稱重計量表明，空調風管內平均沉積量為16.8502mg/(m2·d)；但各點的測試值差別較大，從11.7468～23.7699mg/(m2·d)不等。

表2 矩形風管中氣溶膠沉積的長期采樣結果

1）采樣鐵片1、2氣溶膠平均每天沉積量大于鐵片3、4，但又相差不大，采樣鐵片1和2靠近風柜的出風口，在尚未發生二次懸浮時，粒子沿程的沉積量逐漸減少，但由于風管從開業至今從未清洗，管道內污染已較為嚴重，所以又相差不大。

2）《公共場所集中空調通風系統衛生管理辦法》中明確規定，風管內的積塵量超過20g/m2時需要清洗。按上述規定，風管內的積塵量按1～4號鐵片的平均值15.1202mg/(m2·d)計算，空調運行時間以每年280天計算，可預測該空調系統大約運行5年就應該清洗。

3 結論

本文實測了空調風管內及室內外氣溶膠的濃度及其粒度分布，回風口過濾網清洗前后風管內氣溶膠濃度及粒度的變化，和空調風管內長期采樣結果并得出如下結論：

1）在對比風口、風口正下方呼吸區、呼吸區下方及室外氣溶膠濃度的基礎上得出室外氣溶膠濃度最高，其次是室內，風管內最低（除回風口外）；回風口及其正下方的氣溶膠濃度有一定的富集；對比上、下午測量結果看出室內和管道內氣溶膠濃度隨時間的增加有一定的增大。

2）從粒子的粒度分布看，室外各粒徑段的粒子數比室內均有較大幅度的增加，空調風管系統內粒子數隨著粒徑的增大迅速減少，粒子的粒徑范圍主要集中在5μm以下，5μm以上的粒子數很少。

3）回風口過濾器清洗后，風管內氣溶膠總濃度明顯降低，但各粒徑段粒子數的變化情況卻有較大的不同，粒徑<0.7μm的粒子數增加，粒徑≥0.7μm的粒子數減少。

4）在該風管系統中，粒子尚未發生二次懸浮，風管內氣溶膠濃度沿程減少，但從粒子長期沉積取樣結果看，該風管已污染較嚴重，4號鐵皮已與1號鐵皮沉積量差距不大，急需清掃。

[1]Bluyssen P M,Cox C,Seppnen O,et al.Why,when and how do HVAC systems pollute the indoor environment and what to do about it[J].Building and Environment,2003,38(2):209-225

[2]Toivola M,Nevalainen A,Alm S.Personal exposures to particles and microbes in relation to microenvironmental concentrations [J].Indoor Air,2004,14(5):351-359

[3]趙乃妮,于丹,楊睿,等.長沙市大型公共建筑集中空調通風系統污染調查[J].建筑科學,2011,27(4):52-55

[4]陳鳳娜,趙彬,楊旭東.公共場所空調通風系統微生物污染調查分析及綜述[J].暖通空調,2009,39(2):50-56

Me a s ure m e nt a nd Ana lys is of Ae ros ol Pollution in Air Conditioning Sys te m

ZHANG Jie,LIU Ze-hua,NING Yong-fei,LI Hui-min
School of Urban Construction,University of South China

The concentration and size distribution of aerosol in the diffuser,breath region under the diffuser and below the breath region of an air conditioning unit in a commercial building were measured in Hengyang.The results showed that:1)The indoor aerosol concentration higher than the air conditioning duct(except air return opening);when the aerosol did not occurred secondary suspension in duct,the aerosol concentration of each measuring point decreases significantly along the way;and aerosol concentration have greatly increase in air return opening;2)From the particle size distribution seen that each range of particle size of outdoor significantly higher than indoor,the number of particle reduced rapidly as the particle size increase in ventilating and air conditioning duct,the range of particle size mainly blower than 5μm,and particle size higher than 5μm is seldom or few;3)After filter screen cleaning,aerosol content decreased significantly in supply airflow,but the changing situation of particles number of each range of particle size is different,the number of small particles(particle size is 0.3～0.7μm)increase,but the number of big particles(particle size more than 0.7μm)decrease;4）After two months,the sample dates of particles deposition in duct were measured, the result shows that the average deposition ratio of particle in duct is 16.8502mg/(m2·d);but the value difference in every test point.

air conditioning duct,aerosol concentration,particle size distribution

1003-0344（2015）05-037-5

2014-5-12

張杰（1982～），男，碩士，講師；湖南省衡陽市南華大學城市建設學院建筑環境與設備工程教研室（421001）；0734-8282494；E-mail:zhangjie000@163.com

湖南省教育廳課題資助（12C0367）