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《东华大学》 2017年
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建筑环境微细颗粒物散发源特性及控制技术的研究

郭二宝  
【摘要】:近年来,我国大气环境空气质量不断恶化,建筑环境微细颗粒污染物来源出现广泛多样、构成复杂的特点,严重影响建筑环境空气品质和人体健康。建筑环境典型微细颗粒污染物除了所熟知的量大面广的污染物外,还存在着日益引起人们重视的隐见污染物。实际上,建筑环境存在着各种类型的隐见微细颗粒污染物散发源,产生的污染源源强大部分呈周期性或阵发性波动。采用新风稀释理论的传统评价方法缺乏对污染物空间分布和污染源散发不均匀的考虑,对污染源控制风量的计算结果和控制效果评价与实际情况有较大出入。而空气龄和颗粒物驻留时间可以用来描述颗粒物的排除能力和排除时间,建筑环境空气龄和颗粒物驻留时间是评价颗粒物污染源控制效果较为科学的指标。本论文主要的研究工作如下:(1)通过建立任何瞬间建筑环境中污染物浓度与控制通风量方程,得到了污染物控制通风量与源强的解析关联关系。研究结果发现,污染物源强随时间的变化在很大程度上影响污染物控制通风量。并在此基础上,针对建筑环境微细颗粒污染物散发源分散描述,总结归纳,建立了持续源、周期源和随机阵发源的描述模型。(2)采用基于欧拉方法和拉格朗日方法建立了建筑环境空气龄和颗粒物驻留时间的数值分析模型。综合污染物控制通风量与源强的关系以及数值模型,对建筑环境微细颗粒污染源评价指标进行研究,得到影响建筑环境微细颗粒物浓度的主要因素,并对实际案例进行了应用研究。(3)根据描述模型探索模型案例,本研究分别以量大面广的香烟燃烧作为持续源的典型代表,隐见污染源隧道风和手术烟雾作为周期源和阵发源的典型代表,试验研究了建筑环境不同源特征的微细颗粒污染源散发特性。ⅰ)以香烟燃烧为例,试验研究了无通风空调系统的密闭室内持续性微细颗粒污染源的散发特性。测试分析了国内外高中低档12种品牌香烟在自由燃烧和吸烟燃烧两种方式下香烟颗粒物的尺度分布和PM2.5浓度变化规律,通过累积量法测试颗粒污染物的源强,发现不同档级香烟燃烧产生的PM2.5的散发累积量具有波动性。ⅱ)以隧道风为例,试验研究了带有通风空调系统的地铁环境周期性微细颗粒污染源的污染特性。采用瞬时法测试分析了轨行区与站台连接入口处PM2.5污染物源散发强度,并得到了地铁站不同单元PM2.5和PM10浓度变化规律、不同地铁站站台PM2.5/PM10比值规律以及地铁环境颗粒物粒径分布。研究结果表明,站厅、站台与轨行区PM2.5浓度在监测时段内逐时变化规律相同,可吸入颗粒物主要是由车站内部产生,地铁站内颗粒物污染主要为PM2.5细粒子。ⅲ)以手术烟雾为例,试验研究了带有洁净空调系统的手术室阵发性微细颗粒污染源的污染特性。采用瞬时法测试分析了医生呼吸区峰值处手术烟雾PM2.5源强,并得到了监测点手术烟雾颗粒浓度变化及粒径分布。研究结果表明,由于顶部下送的洁净气流的作用,伴随手术过程,外科医生呼吸区PM2.5浓度出现一系列峰值,因受顶部下送的洁净气流影响较弱,电刀产生的细粒子积聚在手术台周围空间,手术烟雾所携带的气溶胶粒径主要集中在0.3~0.4μm范围。(4)基于建立的建筑环境空气龄和颗粒物驻留时间的数值模型,改进国内现有的室内控烟室和手术室,采用空气龄和颗粒物驻留时间作为评价指标对实际控制效果进行了应用评价。运用CFD模拟方法通过具有交互作用的正交试验设计得到了手术室加装气幕工作参数的最优方案以及显著性影响因子。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X51

【参考文献】
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