建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用（一）IAQ模型的建立

1、建筑物室內(nèi)污染控制模型的建立和應(yīng)用（一）IAQ模型的建立         05-12-25 14:50:00     作者：佚名    編輯：studa9ngns摘要 本文建立了用于模擬分析建筑中無(wú)機(jī)污染物（IVOC）的揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOC）的通用室內(nèi)空氣品質(zhì)模型（IAQ model）。該模型可用來(lái)分析目前住宅內(nèi)由于裝修引起的VOC污染，也可用來(lái)分析自然通風(fēng)情況下民用建筑及商業(yè)建筑的室內(nèi)無(wú)機(jī)污染和有機(jī)污染情況，還可用于分析不同控制策

2、略時(shí)建筑內(nèi)污染情況。關(guān)鍵詞 無(wú)機(jī)污染 揮發(fā)性有機(jī)物 室內(nèi)空氣品質(zhì)1 引言室內(nèi)空氣品質(zhì)近年來(lái)得到人們廣泛關(guān)注。室內(nèi)空氣品質(zhì)是用來(lái)指室內(nèi)空氣的一種特征參數(shù)，要求能滿足人體的熱舒適、與呼吸有關(guān)的氣體如二氧化碳和氧氣的正常濃度及可接受的室內(nèi)污染物濃度1。室內(nèi)空氣污染分為有機(jī)污染如甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物及無(wú)機(jī)污染如可吸入顆粒物、氮氧化物等2。文獻(xiàn)3，4，5分別給出幾種用于分析室內(nèi)污染的模型，但這些模型過(guò)于簡(jiǎn)單，有的只能用來(lái)分析有機(jī)物，有的只能分析無(wú)機(jī)物，且都只能在最簡(jiǎn)單情況下應(yīng)用。本文旨在建立一個(gè)通用的室內(nèi)空氣品質(zhì)模型，能夠分析各種發(fā)種情況下室內(nèi)空氣的污染狀況。2 模型的建立一個(gè)房間可以分為工作區(qū)和非工作區(qū)

3、，兩個(gè)區(qū)的污染狀況不同。房間內(nèi)污染源可以分為兩部分：一部分為與濃度無(wú)關(guān)的恒定發(fā)源如人呼吸產(chǎn)生的二氧化碳，只與房間內(nèi)的人數(shù)有關(guān)，另一部分為非恒定源如房間內(nèi)裝修材料毯子等散發(fā)的揮發(fā)性有機(jī)物與房間內(nèi)濃度有關(guān)。房間內(nèi)也可能含有污染的匯即對(duì)污染先吸收以后房間濃度低時(shí)再釋放。工作區(qū)和非工作區(qū)還可放置凈化器。對(duì)無(wú)機(jī)污染和有機(jī)污染假定工作區(qū)和非工作區(qū)內(nèi)濃度均勻。無(wú)機(jī)污染為恒定污染源，即與房間內(nèi)散發(fā)源與濃度無(wú)關(guān)。有機(jī)污染為恒定污染源與非恒定污染源并存。對(duì)非恒定污染源如材料散發(fā)揮發(fā)性有機(jī)物作如下假定；（1） 材料內(nèi)組成均勻，揮發(fā)性有機(jī)物初始濃度相同。（2）材料擴(kuò)散系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)。（3） 忽略溫度差、電場(chǎng)或磁場(chǎng)等導(dǎo)

4、致的分子擴(kuò)散。（4） 對(duì)于空氣層與固體界面，揮發(fā)性有機(jī)物傳遞過(guò)程始終處于平衡狀態(tài)6。（5）房間有多個(gè)材料散發(fā)多種VOC時(shí)，認(rèn)為各種VOC不互相化學(xué)反應(yīng)或影響。（6）對(duì)于象毯子這樣的厚材料，認(rèn)為VOC的散發(fā)或吸收在材料內(nèi)部的傳遞動(dòng)力是濃度差，且為一唯擴(kuò)散傳質(zhì)7，8，9。（7）對(duì)于象窗簾這樣的薄材料，認(rèn)為VOC或無(wú)機(jī)污染物的散發(fā)或吸收在表面發(fā)生，且遵循朗格繆爾方程10，11。（8） 材料與圍護(hù)結(jié)構(gòu)接觸的一面沒(méi)有質(zhì)量傳遞，與室內(nèi)空氣之間為對(duì)流傳傳質(zhì)。（9）材料內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物散發(fā)過(guò)程中，不存在化學(xué)反應(yīng)。（10）房間工作區(qū)及非工作區(qū)中空氣中污染物濃度均勻。21 質(zhì)量守恒方程的建立對(duì)某一區(qū)域有如下質(zhì)量守恒

5、方程 （1） （2）式中：V-表示區(qū)域有效體積C-表示區(qū)域濃度；hm-表示厚材料m表面片的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)；Asm-表示厚材料m的表面積；Cfm-表示厚材料m與空氣界在處的空氣濃度；Asn-表示薄材料n的吸附面積；Kan-表示薄材料n對(duì)污染的當(dāng)量傳質(zhì)系數(shù)；Csn-表示薄材料n的表面濃度；Qi-第I股氣流的風(fēng)量；Cai-進(jìn)入該區(qū)域的第I股氣流的濃度；C0-表示該區(qū)域的初始濃度；Spl-表示第l個(gè)恒定污染源的產(chǎn)生量。2.2 Cai的幾種形式方程（1）中與Qi相對(duì)應(yīng)的Cai有以下幾種形式：（1）自相鄰區(qū)域流入，則有下式成立：Cai= Caj （3）式中：Cai-表示相鄰區(qū)域的濃度。（2）經(jīng)過(guò)風(fēng)道時(shí)入此區(qū)

6、域，當(dāng)氣流進(jìn)入風(fēng)道的濃度為Cao時(shí)，則有下式成立：Cai=ECa0 （4）式中： E-為第i路氣流風(fēng)道的沉降率。（3）通過(guò)窗戶等孔隙直接進(jìn)入該區(qū)域，則有下式成立：Cai= Ca （5）式中：Ca-表示室外污染物濃度（4）濃度為的Ca1空氣經(jīng)過(guò)凈化裝置，則有下式成立：Cai= Ca1Pi （6）式中：Pi-表示第i股氣流凈化裝置的空透率。（5）當(dāng)回風(fēng)經(jīng)過(guò)回風(fēng)道，再經(jīng)過(guò)凈化裝置后，與新風(fēng)混合，通過(guò)送風(fēng)道送入該區(qū)域，則有下式成立： （7）式中：r-表示回風(fēng)比；Ehi-第I股氣流回風(fēng)道的沉降率；Phi-表示第i股氣流回風(fēng)道上凈化裝置的穿透率；Esi-第I股氣流送風(fēng)道的沉降率。23 非恒定污染源方程由模

7、型假設(shè)可知：厚材料m內(nèi)的濃度方程如下： （8）方程（8）的初始條件為：Cm= Cm0 （9）方程（8）的邊界條件為： （10）xm=Lm時(shí) （11）xm=Lm Cm=KvmCfm （12）薄材料（或表面材料）n表面由于吸附及解吸附而引起的濃度變化方程如下： （13）方程（13）的初始條件為：Csn= Csn0 （14）式中：Cm-表示厚材料m中的濃度；Dm-表示厚材料m的擴(kuò)散系數(shù)； -表示時(shí)間；xm-表示厚材料m的擴(kuò)散方向線性尺寸；Lm-表示厚材料m的厚度；Kvm-表示厚材料m表面處VOC的平衡常數(shù)；Cm0-表示厚材料m內(nèi)VOC的初始濃度；Ln-表示薄材料n的當(dāng)量厚度；Csn0-表示薄材料n表

8、面的VOC初始濃度。室內(nèi)污染物由多種成分組成，忽略各種污染物質(zhì)之間的相互作用，則各種污染物質(zhì)即可分別用上而一組方程描繪其變化。然而實(shí)際上空氣中，可以認(rèn)為各種污染物質(zhì)不發(fā)生作用，但對(duì)凈化裝置如吸附器、過(guò)濾器和光觸媒設(shè)備而言，它們會(huì)對(duì)幾種污染物共同起作用，此時(shí)設(shè)備的穿透率則需要修正后才可真正反映這一相互影響。3 舉例設(shè)某辦公室尺寸5×4×3（m3），房間內(nèi)有一個(gè)膠合板M1和一個(gè)窗簾M2組成。M1內(nèi)有一種揮發(fā)性有機(jī)物苯，其尺寸為5×2×0.02(m3)，M1的物性如表1所示。窗簾作為表面材料，它的吸附表面積為1000m2，當(dāng)量厚度為1m，對(duì)苯的當(dāng)量傳質(zhì)數(shù)Kan

9、為0.25m/h。假定空氣流過(guò)材料時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)為1.65m/h。室內(nèi)人員分布如表2所示，假定室內(nèi)每人活動(dòng)所產(chǎn)生的可吸入顆粒物為10mg/h，每人送新風(fēng)量為50m3/h。室內(nèi)沒(méi)有其污染源。M1的物性參數(shù) 表1 內(nèi)容M1苯初始濃度C0（mg/m3）9×103苯擴(kuò)散系數(shù)Dm（m2/s）1.42×10-10平衡常數(shù)Kvn1416室內(nèi)人員分布 表2 時(shí)刻（h）18:008:008:0012:0012:0014:0014:0018:00人數(shù)（個(gè)）0525空氣的物性參數(shù)為D=0.027m2/h，=1193g/m3， =66.52g/(h·m)，v=0.056m2/h，Sc=2.065室內(nèi)污染包括無(wú)機(jī)污染和有機(jī)污染，無(wú)機(jī)污染中最主要的是可吸入顆粒物、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等。而有機(jī)污染則是由于建筑裝飾材料散發(fā)出的揮發(fā)性有機(jī)物顆粒物、二氧化硫及苯的濃度情況，及表3所列的各種情況下房間內(nèi)可吸入顆粒物濃度與時(shí)間變化關(guān)系。當(dāng)房間內(nèi)有回風(fēng)時(shí)，假設(shè)回風(fēng)量與新風(fēng)量相等，忽略風(fēng)道的沉降率。通風(fēng)情況 表3 情況工作區(qū)體積百分比工作區(qū)