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1、风机盘管加新风系统室内 PM2.5 污染控制 樊越胜 谢伟 余俊伟 司鹏飞 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 中国建筑西南设计研究院 摘 要： 在对民用建筑通风系统常用过滤器滤料性能测试基础上, 建立了常规风机盘管加新风系统空调房间室内颗粒物浓度集总参数模型, 讨论了回风过滤段和新风过滤段过滤器效率的设计选型方法。以西安市某空调系统为例, 为满足室内PM2.5 污染控制标准, 基于室外 PM2.5 浓度“不保证 10d”取值计算, 结果表明, 余压为 5080Pa 的机组回风过滤器效率选用 G3、G4 型过滤器, 余压为 3050Pa 的机组回风过滤器效率选用初效 G2、G3 型过滤器, 同
2、时, 室内设置等效过滤效率的空气净化器, 新风选用初效 G4 加中效 F7 或 F8 两级过滤。关键词： 新风系统; 风机盘管; PM2.5; 空气过滤器; 作者简介：樊越胜 (1965-) , 男, 教授, 博士生导师, 主要从事室内通风与颗粒物污染控制, (E-mail) 。收稿日期：2016-11-29基金：“十三五”国家重点研发计划 (2016YFC0700503) Pollution control of indoor PM2.5 of fan coil unit and fresh air systemFan Yuesheng Xie Wei Yu Junwei Si Pengfe
3、i School of Environmental and Municipal Engineering, Xian University of Architecture and Technology; China Southwest Architecture Design Institute; Abstract： A theoretical and experimental measurement analysis on air filter of fan coil unit and fresh air system was conducted through establishing a m
4、ass balance equation.In this paper, a certain building in Xian is taken as an example, the outdoor PM2.5 concentration is calculated based on “no assurance of 10 days”.The results show that the synthetic fiber of G3 or G4 air filter can be used in return air of FCU when the fan pressure is 50-80 pa,
5、 and the G2 or G3 air filter can be used when the pressure is 30-50 pa.Meanwhile, G4 and F7 or F8 two-stage filtration can be used in fresh air system when equivalent filtration efficiency air purifier should be installed.Keyword： primary air system; FCU; PM2.5; air filter; Received： 2016-11-29室内颗粒物
6、污染日益引起人们重视。其中, PM2.5 (空气动力学直径2.5m) 是影响人体健康的重要污染物, 由于粒径小, 能够进入机体更深处;比表面积大, 携带更多有毒有害物质, 对人体健康更具有危害性1-5。文献6-8通过建立一次回风空调系统室内颗粒物浓度平衡方程, 分析了集中空调系统过滤器选型计算方法, 但其控制粒径是 PM10, 未涉及到目前人们更加关注的可入肺颗粒物 PM2.5。风机盘管系统因其占有空间小、便于调节等优点得到广泛应用。由于风机余压的限制, 常规过滤器效率配置不能太高。虽然, 静电过滤器有效率稳定、阻力低、方便冲洗等优点, 但盲目使用会导致室内臭氧浓度超标, 产生二次污染等问题。
7、由于中国室内外 PM2.5 污染严重, 对于半集中式空调系统室内 PM2.5 污染控制亟待解决。本文在常规过滤器滤料性能测试的基础上, 通过建立风机盘管加新风系统室内PM2.5 浓度平衡方程, 对半集中式空调系统室内 PM2.5 的控制策略进行探讨。1 风机盘管系统室内颗粒物浓度模型图 1 为常规风机盘管加新风空调系统物理模型。图 1 空调系统物理模型 Fig.1 Physical model of air conditioning system 下载原图建立室内颗粒物浓度集总参数模型, 如式 (1) 所示。式中:V 为室内体积, m;Q 1为新风量, m/h;Q 2为回风量, m/h; 1为
8、新风过滤器计重效率; 2为回风过滤器计重效率;C w为室外颗粒物浓度, mg/m;K 为颗粒物沉降率, 1/h;G 为室内单位体积发尘量, mg/ (hm) ;C 为室内颗粒物的浓度, mg/m。计算新风过滤效率, 如式 (2) 所示。式中:Q 为总风量, m/h;S 为新风比, S=Q 1/Q;N 为换气次数, 1/h。2 常规滤料的过滤性能测试一般通风用空气过滤器性能试验方法 (JG/T221999) 9给出了一般通风空调系统过滤器粒子的计数计径法。对于室内控制标准, 建筑通风效果测试与评价标准 (JGJ/T 3092013) 10要求室内 PM2.5 的日平均浓度宜小于75g/m。这与过
9、滤器标准中所要求的粒径范围不一致, 造成设计人员无法选择过滤器。鉴于此, 通过对民用建筑常用过滤器滤料性能进行测试, 分析各滤料对 PM2.5的计重效率, 以方便设计选型。测试选取某品牌过滤效率等级为 G1F9 的滤料, 所测试滤料的材质及技术性能参数如表 1 所示。表 1 过滤器材质及技术性能 Table 1 Material and technical performance of air filter 下载原表 2.1 常用过滤器滤料性能测试实验装置的风管长度及采样点参考文献9对过滤器性能试验装置的风道系统构造及尺寸要求制作, 图 2 为测试装置示意图。1) 主体风道采用内壁光滑的 UP
10、VC 管材制作而成, 共分为两段, 直径为160mm;2) 实验尘源采用大气尘, 其中包含的 3 种物料的成分配比关系为:道路尘, 72%;炭黑, 23%;短纤维, 5%。3) 实验仪器采用 GRIMM1.109 便携式气溶胶光谱仪测试过滤器前后 PM2.5 质量浓度, 粒径范围 0.2532m, 重现性 5%;TSI8375 型微压计测试过滤器阻力, 测试范围-3 735+3 735Pa, 分辨率 0.1Pa;TSI 8386 型风速仪测试风速, 测试范围 030m/s, 分辨率 0.01 m/s。每 10 min 采集 1 组数据, 测试结果采用平均值计算。图 2 过滤器性能测试装置示意图
11、 Fig.2 Filter performance testing device 下载原图测试时间为 2015 年 6 月7 月, 实验采样在室内完成。为保证测试数据的可比性, 室外气象状态稳定, 测试时室内温度 2633, 湿度 55%73%, 风速0.30.8 m/s。室内 2 名测试人员, 无其他室内尘源。2.2 测试结果测试不同过滤风速下滤料对 PM2.5 的计重效率和阻力, 如表 2 所示。表 2 过滤器性能测试结果 Table 2 Test results of air filter efficiency performance 下载原表 2.3 数据分析实验 PM2.5 过滤效率
12、峰值与滤速关系, 如表 3 所示。表 3 过滤效率峰值与滤速的关系 Table 3 Relationship between peak efficiency and speed 下载原表 对比可知, G1G4 滤料过滤效率峰值所对应的滤速小于额定风速, 建议应用该级别范围滤料时, 减小滤速至 1.71.9 m/s, 以提高其过滤效率;而 M5 级别的滤料过滤效率峰值对应的滤速大于额定风速, 建议应用该滤料时, 在阻力满足要求的情况下, 可以适量增大滤速至 0.75m/s。M6F9 滤料的 PM2.5 过滤效率随着滤速的增大而减小, 可能是由于实验中的过滤风速处在扩散领域, 随着滤速的增加, 扩
13、散效应减弱, 从而导致其过滤效率降低。3 PM2.5 污染控制3.1 室内 PM2.5 控制标准国家环保部发布的环境空气质量标准 (GB30952012) 11规定, 居民区PM2.5 的年平均浓度不得超过 35g/m, PM2.5 的 24h 平均浓度不得超过75g/m。表 4 统计了一些国家 PM2.5 的室内控制标准。表 4 室内 PM2.5 控制标准 Table 4 Indoor PM2.5control standards 下载原表 室外大气颗粒物污染加剧了室内 PM2.5 污染, 文献12测试表明, 室内 PM2.5计重浓度占 PM10 的比重高达 88%, 说明室内颗粒物浓度主要
14、由细颗粒物贡献。针对中国 PM2.5 的高污染趋势, 应尽快制定室内 PM2.5 控制标准。3.2 FCU 回风过滤器效率3.2.1 过滤器控制高静压机组, 指在额定风量时出口静压不小于 30Pa 的机组13。由于出风静压值较大, 回风可设置过滤系统。由式 (2) 可知, 当 11 时, 新风过滤器取值有效。3.2.2 过滤器+净化器控制当计算结果不满足式 (3) 时, 为使新风过滤器效率取值有效, 室内应加装空气净化器, 计算如式 (4) 所示。式中:Q j为室内净化器循环风量, m/h;为净化器过滤效率, %;净化器的洁净空气量 CADR=Qj。3.2.3 过滤器选型分析为防止过滤器系统阻
15、力增加而造成风量衰减, 过滤器的阻力应按终阻力计算。过滤器终阻力按初始阻力的 2 倍计算14。设定风机盘管风口、风管的阻力为 P 1, 过滤器的初阻力为 P 2, 终阻力为2P 2, 风机盘管余压为 P 3。过滤器的阻力可根据式 (5) 计算。风机盘管一般选用中档转速下的风量作为额定风量, 由图 3 可知, 初阻力 P 2与终阻力 2P 2的均值所对应的阻力曲线与风机盘管中速 n2 对应的工况点作为额定工况点。风机盘管初始运行时, 风量为 Q1;随着系统运行, 过滤器阻力增加, 开启高速运行, 风量为 Q2。风机盘管风量的区间范围为Q 2、Q 1。图 3 风机盘管风量与阻力变化曲线 Fig.3
16、 Air volume and resistance curves of FCU 下载原图根据式 (5) , 当计算回风过滤器的阻力 P 2所对应的 PM2.5 过滤效率 满足式 (3) 时, 新风过滤器取值有效;当过滤器的阻力 P 2所对应的效率 不满足式 (3) 时, 为使得新风过滤器取值有效, 室内应加装净化器, 且回风过滤与室内净化系统应满足式 (4) 要求。对于自然渗风系统, 取新风过滤器效率 1=0, 新风量取渗透风量计算, 回风过滤器效率计算如式 (6) 所示。根据计算式 (5) , 阻力为 P 2的过滤器所对应的效率为 , 当 2时, 可通过过滤器控制室内 PM2.5 浓度;当 2时, 室内应设置净化器, 净化器配置可按式 (7) 计算。式中: 2为通过式 (5)
