室内空气(byLJ)-10.ppt

1 第六讲室内空气污染物治理 通风稀释 2 采用通风稀释的手段来去除室内空气污染物 首先应该明确室内污染物存在的浓度分布及污染物的传播途径及机理 然后来确定有效的通风方式 最后需要对通风效果进行评价 3 第一部分室内污染物传播机理一 污染物传播的数学描述1 污染源可及性定义在一个含有污染源的通风房间内 假定送风中污染物浓度为0 对某一个具体的污染源 自污染物开始散发的时刻起 室内各点的浓度将逐渐发生变化 若空间任一位置上污染物即时浓度为C x y z t 则污染源可及性 AccessibilityofContaminantSource ACS 被定义为 4 上式中 是在时段内污染源i在 x y z 处的可及性 C x y z t 是在时刻t时点 x y z 处的污染物浓度 是持续送风时间 为稳态时排风口的平衡浓度 它和房间通风量Q 污染物的散发强度Si存在如下关系 一定气流组织下的污染源可及性ACS是一个无量纲数 它反映了来自污染源的污染物在任意时段内对房间浓度的影响程度 由于污染源的可及性当中实际包含了气流组织的影响 因此它在一定程度也可用于污染物去除效率的描述 5 当某些需要对污染物进行尽快排除的紧急状况下 可以提前指定所需时间段 对送风的污染物排出效果进行评价 当 时 稳态下的污染源可及性为 上式表明 稳态污染源可及性为当地浓度和平衡浓度的比值 等于全新风工况下排污效率的倒数 因此可及性的定义和作用能够和现有的指标达到统一 相比于排污效率 污染源可及性则同时涵盖了实际污染物浓度形成过程的时空分布 对污染源传播的描述更加全面 6 2 污染源可及性的特征当两个或多个污染源被共同作用时 其集总的污染源可及性由每个污染源的根据其自身散发强度加权得到 具体如下所述 对于某一个散发强度为Si的室内污染源 室内浓度的形成和变化遵循如下的平衡方程 边界条件如下 7 当i遍历M个污染源时 可以分别求解各污染源共同作用下的室内污染物分布 其方程形式如上式 将多个方程相加得到如下表达式 假设房间内污染源以及散发出的污染物对空气流动无影响 由于边界条件相同 因此上式表明单个源和多个源形成的浓度场具有简单的线性叠加性 而稳态时的污染物排放浓度和所有污染源存在如下关系 8 借助污染源可及性定义可以得到 其中为多个源集总的污染源可及性 因此在已知各个污染源可及性情况下 可通过如上关系式简单获得房间内的所有污染源可及性 9 说明 当需要观察某段时间内污染源对室内浓度的平均影响时 污染源可及性将给出定性和定量的描述 而当需要观察稳态情况下的作用时 上述定义能够和当前普遍应用的指标达到和谐和统一 既可观察污染源对房间的污染程度 也可反过来表征送风去除污染物的能力 在实际应用中 稳态假定或非稳态的时间段选取由实际需要确定 10 3 污染源可及性展示与讨论下图为一个送风的房间 房间尺寸为X Y Z 3 5m 2 6m 3 1m 在房间顶部和侧墙上分别有一个送风口 标为S1 和一个回风口 标为E1 房间换气次数为5 7次 小时 室内没有热源且各墙壁绝热 11 室内稳态流速场 截面Z 1 55m 如图所示 12 现假定在房间内 x y z 1 4m 0 8m 1 55m 处有一个污染源 房间的其他的边界条件不变 则可根据定义式计算出该污染源的可及性 13 14 分析 污染物随时间逐渐向房间内扩散 但在不同的区域扩散快慢不同 在紧邻污染源的下风侧 稀释程度不够造成污染物积聚 因此在某段时间内的平均浓度远远高于最终的平衡排风浓度 污染源可及性大于1 在房间的大部分区域 由于被新风稀释 房间内的污染源可及性小于1 在稳态之后 房间内各个点的污染源可及性达到最大值 15 取房间内的1 2m高处的三个点作为观察点 它们的位置分别为A 0 5m 1 2m 1 55m B 1 7m 1 2m 1 55m C 3 0m 1 2m 1 55m 16 分析 在A点附近的区域 涡流造成浓度较高 因此A点的污染物可及性较高 表明污染物易于到达此区域 在房间右侧的C点附近 当地污染源可及性低于房间A点附近的值 这是由于气流形成的风幕 排风口在房间左侧 很大程度上阻挡了污染物向此区域的扩散 在代表的房间中央区域的B点处 正好位于送风口下方 由于能够被新风直接吹到且在污染物传播的上风侧 因此浓度保持在低水平 污染源可及性在三个点中最低 17 综上分析 污染物传播的时空分布均可通过污染源可及性的指标给予很好描述 在实际环境中 若污染物在房间内突然释放 污染源可及性可被用来评价各处受到的污染程度 对于需要着重关注的地方 如人员呼吸区 在允许浓度和暴露时间已知的情况下 可及性的数值能够对通风的有效组织提供指导 例如 若允许的30分钟对应的污染源可及性阈值为0 2 则现有通风设计会使得A处人员受到过高的危害 而B C两处的人员较为安全 换言之 若希望保证A处人员的安全 则需要设计更好的气流组织 18 二 污染物浓度关系式当污染物的存在不影响空气的流动时 各个风口的送风可及性具有叠加性 室内污染源可及性也具有加权平均的特征 因此房间内任一点的污染物平均浓度和初始浓度 送风浓度以及污染物散发存在如下关系 在稳态情况下 所有风口送风的总可及性在房间内任一点处均为1 因此上式变为 19 上述两式中表示任一点在时间内的平均浓度 在稳态时用C表示 C0为房间初始浓度 Cin i表示各个风口送风中的污染物浓度 As i表示相应风口的送风可及性 Si为各个污染源的散发强度 Q为房间通风量 Ac j为相应污染源的可及性 20 污染物浓度关系式的讨论 初始浓度影响着动态的污染物浓度 但随着时间推移 房间送风和污染源对浓度分布将逐渐起主导作用 在送风为新风或经吸附处理后使得送入污染物浓度为0时 送风可及性越大 对降低污染物浓度的作用越大 当由于系统内部产生污染物 如积灰的风道造成送风污染 时 送风可及性越大却会造成房间内污染物浓度的升高 其他条件不变时 污染源散发强度越高 室内各处的污染物浓度水平越高 在房间内某些区域 若污染源可及性越大 该处污染物浓度水平也可能越高 21 三 污染物传播影响因素讨论现以一个房间内的两种通风设置为例 分析各因素对室内浓度的影响关系 22 送风方式 上送风模式 送风口S1 S2 回风口S3 S4下送风模式 送风口S3 S4 回风口S1 S2室内污染源 源A的坐标为 x y z 1 5m 0 8m 1 5m 源B位置为 x y z 4 0m 0 8m 1 5m 23 两种送风模式下的室内横截面的空气流速场 24 上送风模式下送风可及性及污染源可及性分布 25 26 下送风模式下送风可及性及污染源可及性分布 27 28 两种不同送风方式下计算结果标明 虽然风量相同 但送回风方式的不同决定了动态情况下室内不同的新风分布 气流分布不同导致同一污染源的可及性存在差别 而即使在相同的气流分布中 污染源可及性仍跟其位置紧密相关 29 在不同位置由于送风的可及性存在差异 导致室内各点的浓度不同 下图显示了自通风起的30分钟内 计算所得的污染物平均浓度分布 30 第二部分通风有效性的数学描述达到稳定通风状态时 可用通风效率及换气效率来评价通风效果 但对于室内污染物的治理我们最关心的还是送风起始时刻通风对污染物的去除效果如何 为此需要以动态的角度来考察送风的有效性 为此需要从送风可及性的定义出发 从时间和空间两个角度对送风进行描述 并结合人员分布密度的概念 全面评价房间送风的有效性 31 一 送风可及性定义为考虑送风在室内持续影响的特点及程度 可以定义一个与时间相关的指标 反映送风在任意时刻到达室内各点的能力 该指标被命名为送风可及性 AccessibilityofSuppliedAir ASA 对一个由单个或多个送风口送风的房间 假定第i个送风口送入的空气中含有一种标志性的示踪气体 而其他风口送入的均为洁净空气 房间内不存在该标志性的示踪气体散发源 且在0时刻 房间内空气中这种标志性气体的浓度为0 对房间内任一点 来自送风口i的送风在这点的可及性定义如下 32 其中是在时段内送风口i在室内位置 x y z 处的送风可及性 C x y z t 是在时刻t时点 x y z 处的示踪气体浓度 Cin i是送风口i的示踪气体浓度 是持续送风时间 t代表任意时刻 送风可及性是一个无量纲数 它定量给出了来自风口的送风如何连续地送到房间内的任一点 送风可及性的大小仅由房间内的气流组织决定 指标定义中的示踪气体仅是为了更直观地说明和进行计算 随着时间的积累 As i 的数值不断增长 直至无穷长时间的稳态情况下达到最大值 33 二 送风可及性展示1 单风口送风房间模型 下图为一个送风的房间 在房间顶部和侧墙上分别有一个送风口 标为S1 和一个回风口 标为E1 房间换气次数为